[发明专利]压气储能地下储气库最小埋深的确定方法

说明书

本发明公开了压气储能地下储气库最小埋深的确定方法，包括以下步骤：根据岩石的地质资料、储气库容积要求，设置压气储能地下储气库的基本参数；根据储气库的基本参数，考虑储气库内储气压力、岩体重力、围岩抗剪强度、压力作用下围岩破裂面的因素，采用锥形体模型，建立储气库竖向力学方程，得到能满足最大储气压力要求的竖向埋深；根据储气库的基本参数、竖向埋深，建立储气库水平向力学方程，得到能满足最大储气压力要求的水平向埋深。首先确定储气库竖向埋深是否满足极限充气压力，在确定竖向埋深的基础上，代入水平向破裂面力学方程，进而确定水平向埋深是否满足极限充气压力，计算方法简便快捷、准确度高，同时具有良好的经济适用性。

技术领域

本发明属于储气库设计方法技术领域，涉及压气储能地下储气库最小埋深的确定方法。

背景技术

压缩空气储能技术以其储能容量大、寿命长、效率高、安全可靠等特点被视为一种极具潜力的大规模储能技术。其中新开挖硬岩洞穴作为压缩空气储能的储气库是发展趋势，主要优点是在有建库需求的地区一般都存在满足建库条件的各类硬岩地层，因此，硬岩洞穴储气库的选址相对容易。

压气储能地下储气库设计首先需要确定的就是储气压力和洞库埋深的问题。参考水工隧洞设计相关规范，水工隧洞的上覆厚度取值主要有三种上抬准则：垂直向准则、雪山准则、挪威准则。这些准则仅以围岩的重量压住气压造成的上抬，没有考虑岩体本身的抗剪强度，压气储能的极限压力往往达到10MPa以上，这样会导致地下储气库的埋深极大，增加储气库建设成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种压气储能地下储气库最小埋深的确定方法，解决了现有技术中存在的地下储气库埋深大的问题。

本发明所采用的技术方案是，压气储能地下储气库最小埋深的确定方法，包括以下步骤：

步骤1、根据岩石的地质资料、储气库容积要求，设置压气储能地下储气库的基本参数；

步骤2、根据储气库的基本参数，考虑储气库内储气压力、岩体重力、围岩抗剪强度、压力作用下围岩破裂面的因素，采用锥形体模型，建立储气库竖向力学方程，得到能满足最大储气压力要求的竖向埋深；

步骤3、根据储气库的基本参数、步骤2得到的竖向埋深，建立储气库水平向力学方程，得到能满足最大储气压力要求的水平向埋深。

本发明的特点还在于：

基本参数包括洞径、长度、竖向埋深、水平向埋深。

步骤2中的储气库竖向力学方程包括：

重力部分：W＝γhDl；

抗剪强度部分：

储气压力P＝pDl；

岩体重力、抗剪强度与储气压力应满足KP≤(W+F)，否则对竖直埋深h进行调整；

上式中，p为储气压力，γ为岩体重度，D为隧洞直径，l为隧洞长度，c为粘聚力，为摩擦角，K为安全系数，α为破裂角，k₀为侧压力系数。

步骤3中的储气库水平向力学方程包括：

水平力部分：W＝k₀γhDl；

抗剪强度部分：

储气压力P＝pDl；

岩体重力、抗剪强度与储气压力应满足KP≤(W+F)，否则对水平埋深s进行调整。

若岩体是层状围岩，岩体的粘聚力、摩擦角通过下式计算：