一種內外壓自平衡兆帕級剛性高壓儲庫系統及建造方法與流程

本發明涉及壓縮二氧化碳儲能，具體為一種內外壓自平衡兆帕級剛性高壓儲庫系統及建造方法。

背景技術：

1、建造關于新能源的相關儲能系統，將是未來以新能源為主體的新型電力系統的重要組成部分。目前儲能技術主要包括抽水蓄能，壓縮空氣儲能，飛輪儲能，電池儲能，液流儲能，超級電容等。在各種儲能技術中，壓縮空氣儲能技術以其壽命長、容量大、環境友好、布置靈活等優點而受到諸多關注。

2、壓縮空氣儲能技術利用電網低谷電或者棄風棄光廢電來驅動壓縮機壓縮空氣，將富余的電能轉化成空氣勢能儲存到鹽穴、巖石礦洞、人工硐室或其他壓力容器等儲氣庫中，并采用熱水、導熱油或熔融鹽等儲熱介質回收壓縮熱；在用電高峰期，從儲氣庫中釋放出的高壓空氣經加熱升溫后通過膨脹機做功，驅動發電機發電，從而實現能量的存儲和釋放。壓縮空氣儲能技術能夠作為分布式能源與用戶側能源交互的樞紐，具備多能聯儲、多能聯供特征，可以很好地解決分布式綜合能源系統中多能聯儲聯供所面臨的問題。

3、中國專利，公開號為cn219529086u，一種露天礦坑改造壓縮空氣儲能電站地下儲氣庫結構，此實用新型利用廢棄露天礦坑作為地下壓縮空氣儲能庫運用；但是，并未詳細描述整個結構在儲放氣循環的受力過程，以及系統儲能及釋能的變化過程，同時對其密封絕熱結構并未進行設計，從而使得系統效率低。

4、中國專利，公開號為cn117469575a，基于地下空間的二氧化碳儲能系統及其建造方法，此發明對地下廢棄空間進行利用，能夠將大規模存于地下的二氧化碳作為儲能介質循環利用起來，有效解決了資源再利用后處理及地下空間資源有限的困難，但是，此發明的結構形式較為常規、高壓儲庫頂板為臨空面不抗拉且施工建造方法較為復雜。

技術實現思路

1、本發明的目的是針對目前高壓儲庫頂板為臨空面不抗拉且施工建造方法較為復雜的問題，提出了一種內外壓自平衡兆帕級剛性高壓儲庫系統及建造方法，通過地基結構、儲氣倉結構系統、頂部光伏系統和地表儲能系統的協同作用下，形成“新能源+儲能”一體化系統，充分發揮鋼筋混凝土梁板柱墻自身承壓特點，通過彈性結構自適應平衡內外壓差，同時施工建造方法較為簡單，解決了高壓儲庫頂板為臨空面不抗拉且施工建造方法較為復雜的問題。

2、為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種內外壓自平衡兆帕級剛性高壓儲庫系統，包括地基結構、儲氣倉結構系統、頂部光伏系統和地表儲能系統；在所述地基結構中，若地表為硬巖層，則地基坑中需澆入鋼筋混凝土形成擴展筏板基礎，若地下為軟弱地基，則根據現場情況對軟弱地基進行固化處理，同時需對軟弱地基采用鋼筋混凝土面板進行護坡處理，用回填土將場地填平；根據儲氣倉結構系統受力計算及現場地質情況，在儲氣倉外表面均勻布置若干支撐肋板用于抵抗儲氣倉不斷變化的內壓；

3、所述儲氣倉結構系統建造于地基結構上，預制弧形立墻通過鉚接螺栓與擴展筏板基礎進行連接，并預留承壓進人閥門；儲氣倉內側建造若干鋼筋混凝土立柱，每個鋼筋混凝土立柱頂部設置有張拉自平衡減震裝置，張拉自平衡減震裝置上部搭載鋼筋混凝土橫梁，鋼筋混凝土橫梁上方澆筑圓形鋼筋混凝土頂板形成剛性內外壓張拉自平衡的高壓儲庫結構；

4、所述頂部光伏系統通過桁架結構在儲氣倉結構系統頂部搭建頂部光伏組件，通過電能轉化系統將光熱效應產生的內能轉化為電能；

5、所述地表儲能系統包括用于容納動力或儲能設備的地面恒溫絕熱地表儲能系統廠房及相關控制閥門。

6、作為優選，所述儲氣倉結構系統的內部空間結構壁面設置有密封絕熱層，并在儲氣倉內壁預設有傳感檢測裝置，通過通氣閥來調節儲氣倉內外壓力平衡；儲氣倉通過連通管路連接碳循環裝置。

7、作為優選，所述儲氣倉結構系統根據能量的變化過程分為儲能變化過程和釋能變化過程；

8、所述儲能變化過程包括在未運行時，頂部光伏系統、鋼筋混凝土橫梁以及圓形鋼筋混凝土頂板的重量由預制弧形立墻、鋼筋混凝土立柱以及地基結構支撐；當儲氣倉內壓力從0.1mpa到某單位兆帕倍數壓強時，由于儲氣倉內壓增大，張拉自平衡減震裝置開始逐漸從受壓狀態變為受拉狀態，從而達到儲氣倉內外壓自適應平衡狀態；當儲氣倉內到達某單位兆帕倍數壓強時，此時張拉自平衡減震裝置拉力最大，并向壓縮機儲能做功，儲氣倉內壓緩慢減小，張拉自平衡減震裝置從受拉狀態轉變為受壓狀態。

9、作為優選，所述釋能變化過程包括高壓氣碳通過緩釋閥回流至儲氣倉，此時倉內壓力從常壓0.1mpa狀態變回某單位兆帕倍數壓強，張拉自平衡減震裝置從受壓狀態變為受拉狀態。

10、作為優選，所述地表儲能系統包括儲能變化過程和釋能變化過程；

11、其中儲能變化過程通過碳循環裝置充入氣態二氧化碳，將儲氣倉內的空氣通過通氣閥排出，低壓氣倉壓力從0.1mpa到某單位兆帕倍數壓強，通過調節變壓閥，存儲的低壓氣碳由某單位兆帕倍數壓強減小至0.1mpa，使低壓氣碳進入壓縮機時的壓力保持恒定的常壓狀態，二氧化碳在壓縮機作用下由低壓轉為高壓，高壓氣碳在高壓金屬罐內15℃、6mpa恒定工況下液化成高壓液碳。

12、作為優選，所述釋能變化過程中利用儲熱罐的壓縮熱將高壓液碳氣化成高壓氣碳，再通過膨脹機轉化為低壓氣碳，并通過緩釋閥將大于常壓0.1mpa的低壓氣碳逐漸平緩充入低壓儲氣倉內，直到儲氣倉的壓力從常壓0.1mpa狀態增加至某單位兆帕倍數壓強。

13、適用于一種內外壓自平衡兆帕級剛性高壓儲庫系統的一種內外壓自平衡兆帕級剛性高壓儲庫系統建造方法，包括如下步驟：

14、s1、根據項目所在地的地質條件制定適宜的施工方案，選擇適宜地塊并進行地基處理；

15、s2、在儲氣倉結構系統的邊墻設置預制弧形立墻，預制弧形立墻之間通過鉚接螺栓連接，將鋼筋混凝土橫梁布置在鋼筋混凝土立柱頂部；再在鋼筋混凝土橫梁上方澆筑圓形鋼筋混凝土頂板，同時在每個鋼筋混凝土立柱頂部設置張拉自平衡減震裝置；在儲氣倉結構系統的內部空間結構壁面設置密封絕熱層，并通過連通管路連接碳循環裝置、通氣閥及傳感檢測裝置；

16、s3、根據能源規劃要求，在儲氣倉結構系統上部通過桁架結構建造頂部光伏系統，排布光伏組件，連通電能轉化系統和地表儲能系統；

17、s4、在平整的地面建造恒溫絕熱的地表儲能系統廠房容納動力或儲能設備，利用二氧化碳相態循環轉化，從而完成儲能和釋能的過程。

18、本發明的有益效果：

19、1.本發明通過地基結構、儲氣倉結構系統、頂部光伏系統和地表儲能系統的協同作用下，形成“新能源+儲能”一體化系統，充分發揮鋼筋混凝土梁板柱墻自身承壓特點，通過彈性結構自適應平衡內外壓差，同時施工建造方法較為簡單，解決了高壓儲庫頂板為臨空面不抗拉且施工建造方法較為復雜的問題。

20、2.本發明的結構設計較原有地面金屬罐儲氣及深埋式儲氣具有較大的優勢，其經濟性較好、施工建造較為簡單。其中儲能系統通過張拉自平衡減震裝置與板梁柱靈活布置使其對自身能剛性自適應平衡，同時結構的底板和側壁由地基或側限提供反力，相對安全，其設計簡單、結構穩定容易保證，頂板為臨空面，為最不利位置，本發明解決了該位置抗壓性能。此外其建造場景不受地形地貌影響，可靈活布置在地面上，半埋或淺埋于地下，可滿足多種氣候條件的要求。

21、3.本發明的風能、光伏發電項目建設及應用場景非常廣，密閉內循環的壓縮二氧化碳儲能系統可搭配能源項目建設，這對“新能源+儲能”一體化項目的推廣具有很強的商業價值。