[发明专利]一种地下硬岩硐室压缩空气储能模拟试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种地下硬岩硐室压缩空气储能模拟试验装置，其特征在于，包括：储能模拟硐室、加压系统、发电系统和换热系统；

所述储能模拟硐室中设置有多个不同的监测设备，以对所述储能模拟硐室内的环境参数进行监测；所述加压系统与所述储能模拟硐室通过管道连接，用于向所述储能模拟硐室进行压缩空气储能；所述发电系统与所述储能模拟硐室管道连接，用于将所述储能模拟硐室内的空气压缩能量转化为电能；所述换热系统与所述加压系统、所述发电系统连接，用于在储气阶段、放气阶段进行热能量交换；

所述储能模拟硐室埋设于硬岩岩体中，沿径向由内向外依次包括：密封层、分块式混凝土层、回填混凝土层和灌浆层，所述分块式混凝土层的内侧为铺设气密性密封材料的所述密封层，所述灌浆层设有灌浆环；所述灌浆环铺设于硬岩岩体内壁，为规则衬砌结构；所述储能模拟硐室内沿径向设置灌浆孔，所述灌浆孔贯通所述灌浆环的外侧壁，灌浆混凝土经过所述灌浆孔进入所述灌浆层，压密回填所述回填混凝土层与所述灌浆环之间、以及压密所述灌浆环与硬岩岩体之间的裂隙。

2.根据权利要求1所述的地下硬岩硐室压缩空气储能模拟试验装置，其特征在于，所述监测设备包括：无应力计、多点位移计、光纤传感器、压力传感器和测温仪；

其中，所述无应力计安装于所述回填混凝土层，所述多点位移计埋设于所述灌浆环的规则衬砌结构与硬岩岩体之间，所述光纤传感器安装于所述气密性密封材料的内侧壁；所述压力传感器、所述测温仪均位于所述储能模拟硐室的腔体内。

3.根据权利要求2所述的地下硬岩硐室压缩空气储能模拟试验装置，其特征在于，所述光纤传感器在所述气密性密封层材料的内侧壁分别沿环向和轴向呈网格状布置。

4.根据权利要求2所述的地下硬岩硐室压缩空气储能模拟试验装置，其特征在于，所述监测设备还包括：第一控制阀和第二控制阀，所述第一控制阀位于充气管道上，所述充气管道为所述加压系统与所述储能模拟硐室的连接管道，所述第二控制阀位于放气管道上，所述放气管道为所述发电系统与所述储能模拟硐室的连接管道。

5.根据权利要求4所述的地下硬岩硐室压缩空气储能模拟试验装置，其特征在于，所述换热系统包括：换热器和冷热储罐，所述换热器分别与所述充气管道、所述放气管道、所述冷热储罐连接，用于将储气阶段压缩空气产生的热量储存进所述冷热储罐，并在放气阶段通过所述冷热储罐储存的热量对气体进行补热发电。

6.根据权利要求5所述的地下硬岩硐室压缩空气储能模拟试验装置，其特征在于，所述换热系统与所述充气管道的连接点位于所述第一控制阀和所述加压系统之间；所述换热系统与所述放气管道的连接点位于所述第二控制阀与所述发电系统之间。

7.一种地下硬岩硐室压缩空气储能模拟试验方法，其特征在于，采用权利要求1-6任一所述的地下硬岩硐室压缩空气储能模拟试验装置进行试验，其中，所述地下硬岩硐室压缩空气储能模拟试验装置包括：储能模拟硐室、加压系统、发电系统和换热系统；所述试验方法包括：

将构建的所述储能模拟硐室埋设于硬岩岩体中；

仪器初始化完成后，T₀时刻，启动所述加压系统，通过所述换热系统将所述加压系统提供的压缩气体进行热能量交换后，向所述储能模拟硐室内进行压缩空气储能；

T₁时刻，响应于监测到所述储能模拟硐室内的压力达到10兆帕，关闭所述加压系统，对所述储能模拟硐室内的环境参数进行监测；

T₂时刻，对所述储能模拟硐室内的环境参数进行监测，并释放所述储能模拟硐室内的压缩空气，通过所述换热系统对所述储能模拟硐室内的压缩空气进行补热后，由所述发电系统将所述压缩空气的能量转化为电能；

T₃时刻，响应于所述储能模拟硐室内的压力达到7兆帕，停止放气，关闭所述发电系统，并获取所述储能模拟硐室内的环境参数；

所述储能模拟硐室内的压力从7兆帕开始进行循环充放气压缩储能，并获取循环过程中所述储能模拟硐室内的环境参数。

8.根据权利要求7所述的地下硬岩硐室压缩空气储能模拟试验方法，其特征在于，所述将构建的所述储能模拟硐室埋设于硬岩岩体中，包括：

在地下硐室硬岩岩体内壁铺设灌浆环，并在所述灌浆环与硬岩岩体间埋设多点位移计，在灌浆环与硬岩岩体间沿径向设置灌浆孔，并在充气管道、放气管道与所述灌浆环之间设置密封环；

通过所述灌浆孔将灌浆混凝土灌浆进所述灌浆环与硬岩岩体间的间隙，压密所述灌浆环与硬岩岩体间的裂隙；

在所述灌浆环内壁铺设回填混凝土层，并在所述回填混凝土层中埋设无应力计，并通过所述灌浆孔灌浆混凝土压密所述灌浆环与所述胡天混凝土之间的裂隙；

沿所述回填混凝土层内壁铺设分块式混凝土，形成分块式混凝土层；

沿分块式混凝土层内壁铺设气密性密封材料以及光纤传感器，并在所述充气管道、放气管道与所述气密性密封材料连接处设置密封环；

在所述储能模拟硐室的腔体内设置压力传感器和测温仪。