人工开挖压缩空气储能洞室仿生结构密封层及其施工方法

本发明涉及能源工程中压缩空气储能领域，尤其涉及一种人工开挖压缩空气储能洞室仿生结构密封层及其施工方法。

背景技术：

1、可再生能源因具有间歇性发电、供应不稳定和能量密度低等问题使其无法并入电网，从而造成了“弃光弃风弃水”现象的发生。为了解决这一问题，首先使用可再生能源驱动空压机将空气压缩成高压空气并储存起来，然后稳定持续的释放能量用于发电，这样可保证电能稳定输出并入电网，有效的减少能源的浪费。压缩空气储能领域中，储气装置的设计是极为重要的环节之一，根据存放位置的不同，储气装置分为地面储气装置和地下储气装置两种，其中地面储气装置应用灵活，但建设成本和空间成本较高。地下储气库是目前应用最为广泛的储气装置，根据地质条件的不同主要有以下几种形式：地下含水层、盐穴储气库、废弃石油天然气储气库和硬岩开挖储气库。几种类型的地下储气库相比后，人工开挖洞室储气库具有安全性高、耐压能力强、建设选址灵活等优点，是目前建设前景最大的一种储气库形式。

2、人工开挖压缩空气储能洞室在运营过程中除了满足结构的稳定性外，密封性的保证也至关重要。众多学者提出了以密封层、混凝土衬砌和围岩三层结构共同组成储气库的结构，其中混凝土衬砌和围岩主要是保证洞室结构的稳定性，密封层是保证洞室具有良好的密封性。通常混凝土衬砌的设计可以借鉴其他地下工程的设计标准，结合实际地质条件、运营压力等参数获得合理的设计参数。然而，密封层的结构形式、材料选择和施工方法等，目前还没有统一的规范和要求。

3、因此，如何提供一种人工开挖压缩空气储能洞室仿生结构密封层，使其在满足储气库运营过程中的密封性要求的同时，能够达到保护混凝土衬砌的效果，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术中压缩空气人工开挖储能洞室存在密封性差，以及在充放气的过程中高压空气易使混凝土衬砌发生损坏的问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种人工开挖压缩空气储能洞室仿生结构密封层，使其达到储气库运营过程中密封性要求的同时，能够达到保护混凝土衬砌的效果。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种人工开挖压缩空气储能洞室仿生结构密封层，所述仿生结构密封层设置在储气洞室的内部，所述储气洞室为围岩开挖形成的腔体，其特征在于，所述仿生结构密封层包括：内侧蒙皮层，所述内侧蒙皮层黏附在混凝土衬砌的内表面；蒙皮蜂窝层，所述蒙皮蜂窝层黏附在所述内侧蒙皮层的内表面；其中，所述混凝土衬砌浇筑在所述储气洞室内的围岩的内表面。

3、在第一方面中，所述内侧蒙皮层包括：若干内侧蒙皮，每一个所述内侧蒙皮的外表面设置有条形纹路；其中，若干个所述内侧蒙皮的外表面依次排列黏附在所述混凝土衬砌的内表面，任意两个相邻的所述内侧蒙皮的衔接位置重叠并粘接。

4、在第一方面中，所述蒙皮蜂窝层包括：若干蒙皮蜂窝单元，若干个所述蒙皮蜂窝单元依次排列黏附在所述内侧蒙皮层的内表面。

5、在第一方面中，所述蒙皮蜂窝单元包括：夹心板，所述夹心板黏附在所述内侧蒙皮层的内表面；外侧蒙皮，所述外侧蒙皮与对应的所述夹心板粘接；其中，所述外侧蒙皮的宽度和长度与对应的所述夹心板的宽度和长度均相同。

6、在第一方面中，所述内侧蒙皮的宽度为10m，所述内侧蒙皮的长度为所述储气洞室的周长长度，所述内侧蒙皮的厚度为5cm。

7、在第一方面中，所述夹心板包括若干相邻布设的柱状结构，若干个所述柱状结构一体成型制得，所述柱状结构呈等边六边形。

8、在第一方面中，所述内侧蒙皮、所述夹心板和所述外侧蒙皮均采用橡胶材料制作得到。

9、本发明还提供了一种人工开挖压缩空气储能洞室仿生结构密封层的施工方法，所述施工方法用于上述人工开挖压缩空气储能洞室仿生结构密封层的施工，所述施工方法包括：内侧蒙皮层铺设：将若干个内侧蒙皮在混凝土衬砌内表面进行环向铺装，并从储气洞室仰拱中心位置开始铺装，使所述内侧蒙皮的环向接口设置在所述储气洞室的拱底位置，所述内侧蒙皮的环向接口和相邻的两个所述内侧蒙皮的衔接位置重叠并粘接；蒙皮蜂窝层铺设：先将外侧蒙皮与对应的夹心板粘接构成蒙皮蜂窝单元，然后将若干个所述蒙皮蜂窝单元在所述内侧蒙皮层的内表面进行环向铺装，并从所述储气洞室仰拱中心位置开始铺装，使所述蒙皮蜂窝单元的环向接口设置在所述储气洞室的拱底位置，所述蒙皮蜂窝单元的环向接口位置重叠并粘接，完成所述仿生结构密封层的施工。

10、在第二方面中，在所述内侧蒙皮层铺设过程中，所述内侧蒙皮的外表面与所述混凝土衬砌内表面粘接。

11、在第二方面中，所述施工方法还包括：在施工前，对所述混凝土衬砌内表面进行凿毛处理。

12、有益效果：

13、本发明的人工开挖压缩空气储能洞室仿生结构密封层设置在人工开挖储气库中，人工开挖储气库是在地层中开挖一个储气洞室，用于储存压缩空气，然后在储气洞室的围岩内表面用混凝土进行浇筑，浇筑完成得到混凝土衬砌，混凝土衬砌用于保证结构的整体稳定性并同时起到一定的防止空气泄露的作用；在混凝土衬砌的内表面铺设仿生结构密封层，保证储气洞室内的高压空气不发生泄露；接着在储气洞室的开挖口处用混凝土浇筑封口塞5，封口塞作为储气洞室端头的结构，主要用于封堵开挖口，防止储气洞室压力过大冲开开挖口，同时起到防止空气泄露的作用；在封口塞的中部设置有气孔6，气孔沿着储气洞室的纵向穿透整个封口塞，用于压缩空气储能运营过程中的注气与采气过程，在外部的气孔处设置有可拆卸气孔塞，在充放压缩空气后对气孔进行封堵，防止空气泄露；本发明的仿生结构密封层包括内侧蒙皮层和蒙皮蜂窝层，内侧蒙皮层黏附在混凝土衬砌的内表面，主要起到防止空气泄露的作用，同时具有一定缓冲气压冲击混凝土衬砌，保护混凝土衬砌的作用；蒙皮蜂窝层黏附在内侧蒙皮层的内表面，主要用于缓冲高压荷载对混凝土衬砌的冲击，用于保护混凝土衬砌的稳定。

14、附图说明

15、为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

16、图1是本发明的人工开挖储气库的结构剖面示意图；

17、图2是本发明的人工开挖压缩空气储能洞室仿生结构密封层的结构剖面示意图；

18、图3是本发明的内侧蒙皮、夹心板和外侧蒙皮的位置关系示意图；

19、图4是本发明的蒙皮蜂窝单元的结构示意图。

技术特征：

1.一种人工开挖压缩空气储能洞室仿生结构密封层，所述仿生结构密封层(1)设置在储气洞室(2)的内部，所述储气洞室(2)为围岩(3)开挖形成的腔体，其特征在于，所述仿生结构密封层(1)包括：

2.如权利要求1所述的人工开挖压缩空气储能洞室仿生结构密封层，其特征在于，所述内侧蒙皮层(11)包括：

3.如权利要求2所述的人工开挖压缩空气储能洞室仿生结构密封层，其特征在于，所述蒙皮蜂窝层(12)包括：

4.如权利要求3所述的人工开挖压缩空气储能洞室仿生结构密封层，其特征在于，所述蒙皮蜂窝单元包括：

5.如权利要求4所述的人工开挖压缩空气储能洞室仿生结构密封层，其特征在于：所述内侧蒙皮(111)的宽度为10m，所述内侧蒙皮(111)的长度为所述储气洞室(2)的周长长度，所述内侧蒙皮(111)的厚度为5cm。

6.如权利要求5所述的人工开挖压缩空气储能洞室仿生结构密封层，其特征在于：所述夹心板(121)包括若干相邻布设的柱状结构，若干个所述柱状结构一体成型制得，所述柱状结构呈等边六边形。

7.如权利要求6所述的人工开挖压缩空气储能洞室仿生结构密封层，其特征在于：所述内侧蒙皮(111)、所述夹心板(121)和所述外侧蒙皮(122)均采用橡胶材料制作得到。

8.一种人工开挖压缩空气储能洞室仿生结构密封层的施工方法，其特征在于，所述施工方法用于如权利要求1～7任一项所述的人工开挖压缩空气储能洞室仿生结构密封层的施工，所述施工方法包括：

9.如权利要求8所述的人工开挖压缩空气储能洞室仿生结构密封层的施工方法，其特征在于：在所述内侧蒙皮层铺设过程中，所述内侧蒙皮的外表面与所述混凝土衬砌内表面粘接。

10.如权利要求9所述的人工开挖压缩空气储能洞室仿生结构密封层的施工方法，其特征在于，所述施工方法还包括：在施工前，对所述混凝土衬砌内表面进行凿毛处理。

技术总结
本发明公开了一种人工开挖压缩空气储能洞室仿生结构密封层，该仿生结构密封层包括内侧蒙皮层和蒙皮蜂窝层，所述内侧蒙皮层黏附在混凝土衬砌的内表面，所述蒙皮蜂窝层黏附在所述内侧蒙皮层的内表面。本发明还提供了一种人工开挖压缩空气储能洞室仿生结构密封层的施工方法。与现有技术相比，本发明制备的仿生结构密封层具有防止空气泄露和保护混凝土衬砌的优点。

技术研发人员：梁炜明,杨典森,喻新皓,刘羽仪
受保护的技术使用者：武汉大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17