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

背景技術(shù)：

1、建造關(guān)于新能源的相關(guān)儲能系統(tǒng)，將是未來以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的重要組成部分。目前儲能技術(shù)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(shù)中，壓縮空氣儲能技術(shù)以其壽命長、容量大、環(huán)境友好、布置靈活等優(yōu)點而受到諸多關(guān)注。

2、壓縮空氣儲能技術(shù)利用電網(wǎng)低谷電或者棄風(fēng)棄光廢電來驅(qū)動壓縮機壓縮空氣，將富余的電能轉(zhuǎn)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(dǎo)熱油或熔融鹽等儲熱介質(zhì)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(jīng)加熱升溫后通過膨脹機做功，驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，從而實現(xiàn)能量的存儲和釋放。壓縮空氣儲能技術(shù)能夠作為分布式能源與用戶側(cè)能源交互的樞紐，具備多能聯(lián)儲、多能聯(lián)供特征，可以很好地解決分布式綜合能源系統(tǒng)中多能聯(lián)儲聯(lián)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(jié)構(gòu)，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(xì)描述整個結(jié)構(gòu)在儲放氣循環(huán)的受力過程，以及系統(tǒng)儲能及釋能的變化過程，同時對其密封絕熱結(jié)構(gòu)并未進(jìn)行設(shè)計，從而使得系統(tǒng)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(tǒng)及其建造方法，此發(fā)明對地下廢棄空間進(jìn)行利用，能夠?qū)⒋笠?guī)模存于地下的二氧化碳作為儲能介質(zhì)循環(huán)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(fā)明的結(jié)構(gòu)形式較為常規(guī)、高壓儲庫頂板為臨空面不抗拉且施工建造方法較為復(fù)雜。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)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(fù)雜的問題，提出了一種內(nèi)外壓自平衡兆帕級剛性高壓儲庫系統(tǒng)及建造方法，通過地基結(jié)構(gòu)、儲氣倉結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、頂部光伏系統(tǒng)和地表儲能系統(tǒng)的協(xié)同作用下，形成“新能源+儲能”一體化系統(tǒng)，充分發(fā)揮鋼筋混凝土梁板柱墻自身承壓特點，通過彈性結(jié)構(gòu)自適應(yīng)平衡內(nèi)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(fù)雜的問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種內(nèi)外壓自平衡兆帕級剛性高壓儲庫系統(tǒng)，包括地基結(jié)構(gòu)、儲氣倉結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、頂部光伏系統(tǒng)和地表儲能系統(tǒng)；在所述地基結(jié)構(gòu)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(chǔ)，若地下為軟弱地基，則根據(jù)現(xiàn)場情況對軟弱地基進(jìn)行固化處理，同時需對軟弱地基采用鋼筋混凝土面板進(jìn)行護(hù)坡處理，用回填土將場地填平；根據(jù)儲氣倉結(jié)構(gòu)系統(tǒng)受力計算及現(xiàn)場地質(zhì)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(nèi)壓；

3、所述儲氣倉結(jié)構(gòu)系統(tǒng)建造于地基結(jié)構(gòu)上，預(yù)制弧形立墻通過鉚接螺栓與擴展筏板基礎(chǔ)進(jìn)行連接，并預(yù)留承壓進(jìn)人閥門；儲氣倉內(nèi)側(cè)建造若干鋼筋混凝土立柱，每個鋼筋混凝土立柱頂部設(shè)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(nèi)外壓張拉自平衡的高壓儲庫結(jié)構(gòu)；

4、所述頂部光伏系統(tǒng)通過桁架結(jié)構(gòu)在儲氣倉結(jié)構(gòu)系統(tǒng)頂部搭建頂部光伏組件，通過電能轉(zhuǎn)化系統(tǒng)將光熱效應(yīng)產(chǎn)生的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能；

5、所述地表儲能系統(tǒng)包括用于容納動力或儲能設(shè)備的地面恒溫絕熱地表儲能系統(tǒng)廠房及相關(guān)控制閥門。

6、作為優(yōu)選，所述儲氣倉結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)壁面設(shè)置有密封絕熱層，并在儲氣倉內(nèi)壁預(yù)設(shè)有傳感檢測裝置，通過通氣閥來調(diào)節(jié)儲氣倉內(nèi)外壓力平衡；儲氣倉通過連通管路連接碳循環(huán)裝置。

7、作為優(yōu)選，所述儲氣倉結(jié)構(gòu)系統(tǒng)根據(jù)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(tǒng)、鋼筋混凝土橫梁以及圓形鋼筋混凝土頂板的重量由預(yù)制弧形立墻、鋼筋混凝土立柱以及地基結(jié)構(gòu)支撐；當(dāng)儲氣倉內(nèi)壓力從0.1mpa到某單位兆帕倍數(shù)壓強時，由于儲氣倉內(nèi)壓增大，張拉自平衡減震裝置開始逐漸從受壓狀態(tài)變?yōu)槭芾瓲顟B(tài)，從而達(dá)到儲氣倉內(nèi)外壓自適應(yīng)平衡狀態(tài)；當(dāng)儲氣倉內(nèi)到達(dá)某單位兆帕倍數(shù)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(nèi)壓緩慢減小，張拉自平衡減震裝置從受拉狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槭軌籂顟B(tài)。

9、作為優(yōu)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(nèi)壓力從常壓0.1mpa狀態(tài)變回某單位兆帕倍數(shù)壓強，張拉自平衡減震裝置從受壓狀態(tài)變?yōu)槭芾瓲顟B(tài)。

10、作為優(yōu)選，所述地表儲能系統(tǒng)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(huán)裝置充入氣態(tài)二氧化碳，將儲氣倉內(nèi)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(shù)壓強，通過調(diào)節(jié)變壓閥，存儲的低壓氣碳由某單位兆帕倍數(shù)壓強減小至0.1mpa，使低壓氣碳進(jìn)入壓縮機時的壓力保持恒定的常壓狀態(tài)，二氧化碳在壓縮機作用下由低壓轉(zhuǎn)為高壓，高壓氣碳在高壓金屬罐內(nèi)15℃、6mpa恒定工況下液化成高壓液碳。

12、作為優(yōu)選，所述釋能變化過程中利用儲熱罐的壓縮熱將高壓液碳?xì)饣筛邏簹馓迹偻ㄟ^膨脹機轉(zhuǎn)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(nèi)，直到儲氣倉的壓力從常壓0.1mpa狀態(tài)增加至某單位兆帕倍數(shù)壓強。

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

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

15、s2、在儲氣倉結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的邊墻設(shè)置預(yù)制弧形立墻，預(yù)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(shè)置張拉自平衡減震裝置；在儲氣倉結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)壁面設(shè)置密封絕熱層，并通過連通管路連接碳循環(huán)裝置、通氣閥及傳感檢測裝置；

16、s3、根據(jù)能源規(guī)劃要求，在儲氣倉結(jié)構(gòu)系統(tǒng)上部通過桁架結(jié)構(gòu)建造頂部光伏系統(tǒng)，排布光伏組件，連通電能轉(zhuǎn)化系統(tǒng)和地表儲能系統(tǒng)；

17、s4、在平整的地面建造恒溫絕熱的地表儲能系統(tǒng)廠房容納動力或儲能設(shè)備，利用二氧化碳相態(tài)循環(huán)轉(zhuǎn)化，從而完成儲能和釋能的過程。

18、本發(fā)明的有益效果：

19、1.本發(fā)明通過地基結(jié)構(gòu)、儲氣倉結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、頂部光伏系統(tǒng)和地表儲能系統(tǒng)的協(xié)同作用下，形成“新能源+儲能”一體化系統(tǒng)，充分發(fā)揮鋼筋混凝土梁板柱墻自身承壓特點，通過彈性結(jié)構(gòu)自適應(yīng)平衡內(nèi)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(fù)雜的問題。

20、2.本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計較原有地面金屬罐儲氣及深埋式儲氣具有較大的優(yōu)勢，其經(jīng)濟性較好、施工建造較為簡單。其中儲能系統(tǒng)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(yīng)平衡，同時結(jié)構(gòu)的底板和側(cè)壁由地基或側(cè)限提供反力，相對安全，其設(shè)計簡單、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定容易保證，頂板為臨空面，為最不利位置，本發(fā)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(fā)明的風(fēng)能、光伏發(fā)電項目建設(shè)及應(yīng)用場景非常廣，密閉內(nèi)循環(huán)的壓縮二氧化碳儲能系統(tǒng)可搭配能源項目建設(shè)，這對“新能源+儲能”一體化項目的推廣具有很強的商業(yè)價值。