[发明专利]由超高性能纤维增强混凝土构成的用于以加压气体形式储能的储罐

说明书

本发明涉及一种用于存储压缩气体如压缩空气的储罐。该储罐包括至少一个管状元件(1)，其壁具备：受到预应力的混凝土层(6)、至少一个周向机械加强层(8)、至少一个轴向机械加强层(7)和密封层(5)。构成该受到预应力的混凝土层的混凝土选自超高性能纤维增强混凝土。

技术领域

本发明涉及以加压气体形式储能的领域，尤其涉及在用于存储加压气体的大容量容器中以加压气体形式储能的领域，这种容器用于AACAES(“先进绝热压缩空气储能”)型压缩空气储能，其中提供空气存储和独立产生的热量的存储。

压缩空气储能系统(也称为ACAES，表示“绝热压缩空气储能”)旨在以压缩空气的形式储能以供后续使用。储能方面，能源、尤其是电能驱动空气压缩机，而回收方面，压缩空气驱动连接到发电机的涡轮机。

压缩空气储能系统存在不同的变体，这些变体的目的是显著提高此类系统的效率。尤其可提及以下系统和方法：

·ACAES(表示“绝热压缩空气储能”)，其中空气以压缩所产生的温度存储。

·AACAES(代表“先进绝热压缩空气储能”)，其中空气以环境温度存储，并且压缩所产生的热量也单独存储在热能存储(TES)系统中。在这种情况下，存储在TES中的热量用于在空气膨胀之前加热空气。

背景技术

此类压缩空气储能系统需要一个或多个储罐，这些储罐至少既能抵抗存储压力，又使得所采用的气体(空气)无法渗透。抗压显然是值得关注的一点，因为压缩空气存储压力在AACAES系统的最后阶段至少等于100bar，在该最后阶段具有最高的压力。

传统上，使用全部由钢制成的储罐来抵抗内部压力。这是因为钢既有抗渗透性又有抗压性。然而，虽然较小的钢厚度(几毫米)以上可确保抗渗透性，但当流体在高压(即大于100bar、优选125bar左右的压力)下存储时，必须要使用更大的钢厚度。例如，直径56”(1422.4mm)的圆筒形储罐需要最小壁厚为33.5mm，才能承受125bar的内部压力(根据CODAP标准对X80级钢计算而得)。

全钢储罐对高压下小容积而言是技术上和经济上有利的解决方案，但在高压下大容积的情况下，全钢储罐是不可想象的。具体而言，不仅钢材成本对系统的经济可行性有非常不利的影响，而且这种储罐的设计也会导致严重的制造限制。这是因为，球形或圆筒形储罐的直径越大，承受压力所需的壁厚就越大。对于大存储容积，制造、尤其是焊接、厚度非常大的元件并不总是可行的。在这种情况下，可通过组装几个连接在一起的较小尺寸元件来存储大容积。由于尺寸较小，这些元件在技术上是可制造的，因此克服了制造限制。另一方面，系统的经济可行性可能会受到所需钢材数量和组装成本的影响。

为了取代全钢储罐，已经开发出了由几层、尤其是混凝土层和钢层构成的储罐。

例如，法国专利申请FR 3055942(WO 2018050455)记载了一种包括钢密封层和机械强度层的储罐，其中机械强度层由受到预应力的混凝土构成，该预应力由受拉金属丝施加。

本发明人发现，这种储罐尽管与全钢储罐相比具有优势，但在使用过程中存在破裂的风险。这是因为，混凝土的易碎性使得文献FR 3055942中所述的储罐壁容易发生爆炸性破裂(例如在受拉金属丝失效的情况下)。对于极大的容积和压力，这种风险可能存在巨大的潜在后果。

为了克服这些缺陷，本发明提出通过使用一种特定的混凝土来改进由受到钢层预应力的混凝土构成的储罐，该特定混凝土为：超高性能纤维增强混凝土(UHPFRC)，也称为超高性能混凝土(UHPC)。