拼装衬砌式压缩气体储能库的制作方法

本技术涉及岩穴储能领域，具体是一种拼装衬砌式压缩气体储能库，主要用作在废弃岩穴、矿场平硐中的压缩天然气、氢气、惰性气体等储能库的施工。

背景技术：

1、压缩气体储能系统被认为是最有前途的大规模能量存储技术之一。对于受天气条件影响较大的各种“间歇性”可再生能源类型，例如风能和太阳能，以低成本获取其非高峰或过剩电力，转化成气体能量压缩和储存在浅埋储罐中。当需要时，将这种高压压缩气体释放以满足能量供应需求。为满足压力储量需求储罐的壁厚，材质要求较为苛刻，若采用深埋储罐现面临施工人员无法进入施工的困难。我国是资源大国，现阶段我国各地区拥有极大规模的废弃矿洞资源，部分废弃矿洞因开采的矿物特性在开采废弃后仍保持较好的结构稳定性，拥有很高的利用价值。利用废弃矿洞来建造压缩气体储能系统在在世界范围类尚无大规模应用，尚属前端技术。经大量调查资料证实，利用较好地质条件、较大埋深下的矿洞来建造压缩气体储能库是可行的。目前研究试点主要采用现浇结构来建造衬砌结构，这种施工方式虽具有简便易行的特点，但由于废弃矿洞内部空间的限制，很多施工机械无法开展工作且洞室施工量较大会导致施工时间久、大体积混凝土施工难等问题；而且由于该施工结构用于压缩气体储能领域，在气体注采阶段会造成衬砌层在压力变化下出现扩张、收缩的现象，长久下来出现混凝土砌筑结构出现裂缝破坏。为减小对废弃矿洞的影响，开发一种结构简单、施工方便、易于控制，在拥有良好结构强度的同时拥有较低成本的施工方式，将产生较好的经济及社会效益。

技术实现思路

1、本实用新型针对现有压缩气体储能库的建造问题提供了一种拼装衬砌式压缩气体储能库，所述储能库结构在保证储能库质量的同时，可以降低外围环境对储能库内部气体的影响，且主体结构是由混凝土砌衬片拼装而成，拼可以减少施工时间，降低施工难度，提高储能库所能存储气体的压力值。

2、为了达到上述技术目的，本实用新型提供了一种拼装衬砌式压缩气体储能库，所述储能库从外至内依次包括初步固结层、排水结构、拼装衬砌主体、保温层和储能筒，所述初步固结层施作在岩穴的环形洞室岩体内壁，所述拼装衬砌主体是采用超高性能混凝土砌筑片拼装而成，其内部形成与储能筒外壁相匹配的储能腔，所述拼装衬砌主体的相邻两个混凝土砌筑片之间通过拉杆结构连接，所述储能筒置于储能腔内，在储能筒内壁设有隔离层；所述拼装衬砌主体邻近洞口的一端设有预留孔道，所述储能筒上设有储能管道，且储能管道通过预留孔道伸出拼装衬砌主体。

3、本实用新型较优的技术方案：所述拼装衬砌主体为外形截面呈城门型的柱体结构，其储能腔为两头球状中部截面圆形的类胶囊型结构，所述隔离层紧贴在储能筒内壁；所述拼装衬砌主体的混凝土砌筑片包括近洞口端片体组、远洞口端片体组和中部的标准节片体组，所述近洞口端片体组拼接成内面为半球形的近洞口端衬砌结构，且近洞口端衬砌结构的中部设有预留孔道，所述远洞口端片体拼接成内面为封闭半球形的远洞口端砌筑结构，所述中部的标准节片体组拼接成内腔为圆筒状的中段砌筑结构；所述拼装衬砌主体的混凝土砌筑片之间采用t型错缝拼接方式进行拼接，且拼接后的混凝土砌筑片采用张拉预应力筋紧固。

4、本实用新型进一步的技术方案：所述储能库置于废弃岩穴内，且所述废弃岩穴为深平硐，所述初步固结层是在深平硐内壁喷射混凝土形成的加固层；在废弃岩穴的底部设有钢筋混凝土底板，所述拼装衬砌主体置于钢筋混凝土底板上方；在储能库远离岩穴洞口端设有内封堵结构，邻近岩穴洞口端设有外封堵结构，所述内封堵结构和外封堵结构均为现浇钢筋混凝土圆柱形结构，其外部设有外凸的混凝土环箍，所述储能库置于内封堵结构与外封堵结构之间，在外封堵结构对应预留孔道的位置设有圆形贯通孔道，所述储能筒的储能管道通过预留孔道和圆形贯通孔道伸出外封堵结构。

5、本实用新型进一步的技术方案：所述拼装衬砌主体还包括位于拼装衬砌主体每个片体组底座对称布置的两条注浆孔道，所述注浆孔道从拼装衬砌主体的内壁斜向下通向其外壁，在完成所有混凝土砌筑片拼装施工并张拉预应力筋后，通过注浆孔道朝向拼装衬砌主体外壁注入高强度砂浆形成高强度砂浆层，所述高强度砂浆层与排水结构之间设有防水板。

6、本实用新型较优的技术方案：所述排水结构包括竖向排水管、横向排水管、排水管道和蓄水池，所述竖向排水管和横向排水管均采用直径≥100mm的顶部打孔波纹管，在每根管体外部包裹透水土工布，且横向和竖向每隔500～1000mm铺满拼装衬砌主体外表面，每根竖向排水管两侧v型对称布置两根横向排水管，所述横向排水管坡度为2％～5％，远离拼装衬砌主体的一侧开有汇水孔洞，所述横向排水管及竖向排水管外周设有透水性混凝土层；所述排水管道铺设在储能库两端底部，所述竖向排水管和横向排水管与排水管道连通，并通过排水管道通向储能库外的蓄水池中。

7、本实用新型较优的技术方案：相邻两个混凝土砌筑片之间通过多个拉杆结构，相邻两个拉杆结构的间距为300～600mm；所述拉杆结构包括对应开设在相邻混凝土砌筑片连接部位的通孔和插入通孔内的斜向拉杆，所述通孔从拼装衬砌主体内壁倾斜通向拼装衬砌主体外壁，并在通孔邻近拼装衬砌主体外壁的一侧固定有内固定螺纹套筒，在通孔邻近拼装衬砌主体内壁的孔口开设有拉杆封堵槽，所述斜向拉杆从拉杆封堵槽侧插入通孔的内固定螺纹套筒内，并通过锁紧螺母在拉杆封堵槽内固定锁紧，在斜向拉杆固定锁紧后，通过高强度砂浆封堵拉杆封堵槽。

8、本实用新型较优的技术方案：所述储能筒为焊接拼装的不锈钢材质罐体，其邻近洞口端焊接有储能管道，所述保温层为泡沫制成的绝缘板，包裹在储能筒的外表面，且保温层的外壁使用承重胶粘剂粘合在拼装衬砌主体的内壁。

9、本实用新型较优的技术方案：所述近洞口端片体组包括近端头底座和置于近端头底座上方的两组首尾连接的近端头片体，两组近端头片体均为弧形片体，且近端头底座的中部设有半圆形凹槽，两组近端头片体的中部分别设有弧形凹槽，近端头底座与两组近端头片体组拼后，其两组近端头片体上半圆形凹槽与两近端头片体的中部的弧形凹槽组成一个完整的预留孔道；所述远洞口端片体组由下而上包括远端头底座和两组首位连接的弧形远端头片体；所述近洞口端片体组和远洞口端片体组的片体与底座之间、片体与片体之间均通过拉杆结构连接，并在连接部位分别设有限制片体外位移的矩形凹槽接头，所述片体与底座拼接面、片体与片体拼接面及凹槽接头处均设有弹性橡胶止水条。

10、本实用新型较优的技术方案：所述标准节片体组由下而上包括标准节底座、标准节侧片体和标准节顶片体，所述标准节底座是由多段设有半圆形凹槽的混凝土底座拼接而成，所述标准节侧片体包括两组对称拼接在标准节底座上方的弧形侧片，所述标准节顶片体包括多片拼接在两组标准节侧片体顶面的弧形片，且标准节侧片体与标准节底座及标准节顶片体错缝拼接；所述标准节侧片体与标准节底座之间设有相互匹配的凹形台面，所述标准节侧片体与标准节顶片体之间设有承托片体、便于对接安装的台阶接头；所述标准节片体组的底座与片体之间、相邻片体之间均采用拉杆结构连接，且在底座与底座的拼接面、底座与片体的拼接面及片体与片体的拼接面均设有弹性橡胶止水条；在标准节侧片体与标准节底座非t型缝两边的两相邻所述拉杆结构之间设有拉索，所述拉索为弧形，其两端带有螺纹，两端均在拼装衬砌主体内壁通过螺母紧固；所述拉索端部位置分别设有螺栓槽，所述拉索两端在拼装衬砌主体内壁通过螺母紧固后，通过高强度砂浆将螺栓槽封堵。在运营期加入压缩气体后，所述拼装衬砌主体的标准节片体段在连接接头较宽位置若只采用拉杆结构连接会出现开口翘边现象，故在标准节侧片体与标准节底座非t型缝两侧相邻所述拉杆结构之间设置两端带有螺纹的弧形拉索，作为斜向拉杆的补充连接构造，拉索与斜向拉杆间隔布置。

11、本实用新型较优的技术方案：所述拼装衬砌主体对应设有预应力筋孔道，所述预应力筋孔道分别设在底座两端部位以及围绕储能库内腔环状均匀分布；所述预应力筋孔道横向贯穿整个拼装衬砌主体，所述张拉预应力筋穿过预应力筋孔道，张拉紧后通过预应力筋锚固头锚固在拼装衬砌主体邻近洞口的一端。

12、本实用新型的有益效果是：

13、(1)本实用新型的施工结构适用于地质稳定、岩体构造裂隙可控的既有废弃采矿岩穴，岩穴经初步处理加固后，主体储能库衬砌层采用混凝土砌筑片拼接而成，建造的储能库的长度可以通过自由增加中间标准节片体的数量实现，砌筑片在工厂定做完成运输到场地安装，实现了模块化拼装效果，降低了施工难度，减少了施工时间，且标准化的施工可有效的控制施工质量。

14、(2)本实用新型中的储能库建立在废弃矿洞内，可根据废弃矿洞形状及规格自由调整拼装衬砌式压缩气体储能库片体的外围尺寸，贴合矿洞的形状，充分利用岩体的抗压能力，在保证储能库质量的同时，降低了外围环境对储能库内部气体的影响，提高了储能库所能存储气体的压力值。

15、(3)本实用新型中拼装衬砌主体采用三种环形片体组按照一定规律错缝拼装，而后采用后张法施加预应力施工，以此紧固片体提高片体承压能力及完整性，保证了衬砌主体的施工质量，而且本实用新型的密封性是通过储能筒和阻气材料承担，衬砌只做压力荷载传递和部分密封性，所以拼装式衬砌不会影响储能结构的密封效果。

16、(4)本实用新型还在三种片体组的片体之间增加微弹性密封防水材料增强承受压力变化时片体间的缓冲作用，同时起到止水效果，提高了储能库的服役年限、减少砌筑片体在压力周期性变化下出现裂缝问题。

17、(5)本实用新型中的储能库施工在废弃矿洞内，可作为战略储备资源具有隐蔽性强占地面积小，高空中难以察觉，根据洞室分支情况灵活布置，后期多洞室并库实现储氢量高上限。

18、(6)本实用新型在衬砌层外设置了层间排水结构，避免施工过程中洞室的进水以及后续诸如拼装片体、缓冲层处理等过程中的渗水；层间排水结构底部与储能库底部铺设的排水管道连接，最终集中到储能库外蓄水池中，可净化用作工业生产用水。

19、(7)本实用新型在隔水层内设置聚氨酯泡沫保温层，减少以往压缩气体储能方案中储能库中气体受到周边洞室岩壁温度变化影响，提高压缩气体储能库的稳定性。

20、本实用新型依次施作初步固结层、层间排水结构、封堵端、拼装衬砌主体、保温层、储能筒、隔离层最后封闭洞室来实现气体储能库的建造，利用了超高性能混凝土(uhpc)制作衬砌片体，在保证储能库质量的同时，降低了外围环境对储能库内部气体的影响；且拼装化+预应力施作的衬砌片体减少了施工时间，降低了施工难度，提高了储能库所能存储气体的压力值。