本發(fā)明涉及一種儲(chǔ)氣裝置，特別涉及一種帶呼吸儲(chǔ)氣膜地下硐室及其工作方法。

背景技術(shù)：

1、二氧化碳儲(chǔ)能(ces)技術(shù)是基于壓縮空氣儲(chǔ)能(caes)和brayton發(fā)電循環(huán)的一種新型物理儲(chǔ)能技術(shù)，儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)可超16小時(shí)，釋能功率可達(dá)gw級(jí)，具有儲(chǔ)能密度大、運(yùn)行壽命長(zhǎng)、系統(tǒng)設(shè)備緊湊等優(yōu)勢(shì)，適合大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，具有較好的發(fā)展和應(yīng)用前景。在現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用中，利用電價(jià)低谷期通過多級(jí)壓縮機(jī)使常壓氣態(tài)二氧化碳轉(zhuǎn)變成高壓液態(tài)二氧化碳，將電能轉(zhuǎn)化成二氧化碳內(nèi)能的形式進(jìn)行存儲(chǔ)；在用電高峰期時(shí)，通過多級(jí)膨脹機(jī)使高壓液態(tài)二氧化碳膨脹轉(zhuǎn)變成常壓氣態(tài)二氧化碳，用以發(fā)電，最終實(shí)現(xiàn)電能的存儲(chǔ)和釋放。目前的技術(shù)中，壓縮空氣儲(chǔ)能和二氧化碳儲(chǔ)能的儲(chǔ)氣端主要有以下三種儲(chǔ)存方式：1、地下洞穴儲(chǔ)氣：利用地下的天然洞穴，如鹽穴、枯竭油氣井或新建儲(chǔ)氣井等，作為儲(chǔ)存高壓二氧化碳的場(chǎng)所，但合適的天然洞穴并不是隨處都有，在選址上有一定的限制；在充放氣時(shí)交變應(yīng)力對(duì)洞穴壁的影響，時(shí)間長(zhǎng)了可能會(huì)引起坍塌。2、人工硐室儲(chǔ)氣：通過混凝土襯砌和密封層配合圍巖組成，但此方案僅適用于硬巖巖石類型多，底層分布廣泛的地區(qū)，對(duì)設(shè)施的選址較為苛刻；且二氧化碳儲(chǔ)能的配套設(shè)施必須建立在人工硐室附近，所以人工硐室選址時(shí)需考慮附近有足夠地面建廠的平整地面或具備土地平整條件，一定程度上又增加了人工硐室選址的難度。3、高壓金屬罐儲(chǔ)氣：建造大型高壓金屬容器，將高壓二氧化碳通入其中進(jìn)行儲(chǔ)存，此方案對(duì)施工位置無要求，僅需提供場(chǎng)地即可，但高壓的容器建造成本過高，通常需要50-80mm厚度的金屬容器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、要解決的技術(shù)問題

2、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種以力學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、密封性能好，且能穩(wěn)定輸出氣體壓力的帶呼吸儲(chǔ)氣膜地下硐室。

3、解決問題的技術(shù)方案

4、本發(fā)明提供一種帶呼吸儲(chǔ)氣膜地下硐室，其包括：

5、預(yù)埋件，埋設(shè)在地下，包括主體1及蓋體3，所述主體1內(nèi)成型有上端敞口的腔室并形成工作腔，所述蓋體3設(shè)置在所述主體1的上端敞口端、并使所述工作腔形成密封腔；

6、儲(chǔ)氣膜2，設(shè)置在所述工作腔內(nèi)，所述儲(chǔ)氣膜2內(nèi)設(shè)有腔室并形成儲(chǔ)氣腔20，所述工作腔的內(nèi)壁與所述儲(chǔ)氣膜2的外壁之間形成壓縮腔10；

7、第一管體組件5，與所述儲(chǔ)氣腔20連通，用于所述儲(chǔ)氣腔20內(nèi)介質(zhì)氣體的輸入或輸出；

8、第二管體組件6，與所述壓縮腔10連通，用于所述壓縮腔10內(nèi)空氣的輸入或輸出、并使所述儲(chǔ)氣腔20形成壓縮或膨脹。

9、進(jìn)一步的，所述主體1為上端小下端大的圓臺(tái)型結(jié)構(gòu)。

10、進(jìn)一步的，所述主體1的上端敞口端向上延伸并形成頸部13，所述頸部13的頂面作為下支撐面13a并用于支撐所述蓋體3，所述下支撐面13a與所述蓋體3的接觸面之間設(shè)有密封圈。

11、進(jìn)一步的，所述第二管體組件6的下端端部位于所述頸部?jī)?nèi)。

12、進(jìn)一步的，所述蓋體3通過自身重力及其上端的土壤壓力實(shí)現(xiàn)密封并能承受高壓。

13、進(jìn)一步的，所述主體1的側(cè)壁12與其底面11之間的夾角α大于等于50°且小于等于65°。

14、進(jìn)一步的，所述主體1的側(cè)壁12與其底面11之間的夾角α大于等于57°且小于等于58°。

15、進(jìn)一步的，所述主體1的頸部直徑與其底面的直徑比大于等于1/5且小于1/3。

16、進(jìn)一步的，所述主體1的側(cè)壁與底面之間設(shè)有圓角。

17、進(jìn)一步的，所述蓋體3為上端大下端小的倒置的圓臺(tái)結(jié)構(gòu)。

18、進(jìn)一步的，所述蓋體3包括平行的下底面3a和上底面3b，且所述上底面3b的面積大于所述下底面3a的面積，所述下底面3a作為密封面用于貼合所述主體1的敞口端端面并實(shí)現(xiàn)所述工作腔的密封，所述上底面3b作為支承面用于堆壓土壤或巖石并對(duì)所述蓋體3產(chǎn)生向下的壓力。

19、進(jìn)一步的，所述上底面3b與所述下底面3a為同軸設(shè)置的圓形面，且通過斜面3c連接。

20、進(jìn)一步的，所述斜面3c與所述上底面3b之間的夾角β大于等于10°且小于等于20°

21、進(jìn)一步的，所述斜面3c與所述上底面3b之間的夾角β大于等于16°且小于等于17°

22、進(jìn)一步的，所述上底面3b與所述下底面3a的直徑比大于等于3：1且小于等于5：1。

23、進(jìn)一步的，所述主體1與所述蓋體3均由鋼筋混凝土制成。

24、進(jìn)一步的，所述下底面3a的直徑與所述主體1的頸部的直徑相同。

25、進(jìn)一步的，所述蓋體3上設(shè)有一人孔通道7，所述人孔通道7向上延伸至地面并用于檢修，所述人孔通道7上設(shè)有密封門。

26、進(jìn)一步的，所述密封門設(shè)置在所述人孔通道7的下端且向內(nèi)打開。

27、進(jìn)一步的，所述人孔通道7的下端端部位于主體的頸部?jī)?nèi)。

28、進(jìn)一步的，所述第一管體組件5包括用于儲(chǔ)氣腔進(jìn)氣的第一進(jìn)氣管51及用于儲(chǔ)氣腔出氣的第一出氣管52，所述第一進(jìn)氣管51上設(shè)有第一透平發(fā)電機(jī)511，所述第一出氣管52上設(shè)有第一壓縮機(jī)521，所述第一進(jìn)氣管51與所述第一出氣管52之間設(shè)有用于儲(chǔ)存介質(zhì)的儲(chǔ)液罐53。

29、進(jìn)一步的，所述第二管體組件6包括用于壓縮腔進(jìn)氣的第二進(jìn)氣管61及用于壓縮腔出氣的第二出氣管62，所述第二進(jìn)氣管61上設(shè)有第二壓縮機(jī)611，所述第二出氣管62上設(shè)有第二透平發(fā)電機(jī)621。

30、同時(shí)，本發(fā)明還提供一種帶呼吸儲(chǔ)氣膜地下硐室的工作方法，其包括以下步驟：

31、s1、儲(chǔ)能階段：在夜間低電價(jià)時(shí)，儲(chǔ)氣腔內(nèi)的氣態(tài)二氧化碳通過第一壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮、并存儲(chǔ)在儲(chǔ)液罐內(nèi)；儲(chǔ)氣腔內(nèi)的二氧化碳逐漸減少，大氣中的常壓空氣通過第二壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，形成壓縮空氣并存儲(chǔ)在壓縮腔內(nèi)，進(jìn)而維持儲(chǔ)氣腔或工作腔內(nèi)的壓力；

32、s2、釋能階段：在白天高電價(jià)時(shí)，儲(chǔ)液罐內(nèi)的液態(tài)二氧化碳通過第一透平膨脹機(jī)發(fā)電機(jī)進(jìn)行膨脹發(fā)電，膨脹后的氣態(tài)二氧化碳進(jìn)入地下儲(chǔ)氣腔內(nèi)，儲(chǔ)氣腔內(nèi)的二氧化碳逐漸增加，同時(shí)，將壓縮腔內(nèi)的高壓空氣排出，進(jìn)而維持儲(chǔ)氣腔或工作腔內(nèi)的壓力，排出的壓縮空氣經(jīng)過第二透平膨脹發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能，并回到大氣中。

33、進(jìn)一步的，在步驟s1中，充入壓縮腔的壓縮空氣的壓力與儲(chǔ)氣腔排出的二氧化碳的壓力相同；在步驟s2中，充入儲(chǔ)氣腔的二氧化碳的壓力與壓縮腔排出的壓縮空氣的壓力相同。

34、有益效果

35、本發(fā)明帶呼吸儲(chǔ)氣膜地下硐室，針對(duì)現(xiàn)有儲(chǔ)氣所存在問題，以力學(xué)為基礎(chǔ)，對(duì)地下硐室的結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)及優(yōu)化，使其不受地區(qū)和環(huán)境限制，可在任意平整地面上向下挖掘，利用承壓原理有效提高承壓能力，以更低的成本實(shí)現(xiàn)人工硐室的普遍化；以錐形作為地下硐室的主要形狀，有效利用地下巖層本身的重力，使硐室內(nèi)的高壓氣體的壓力大面積作用于地下巖層本身，降低頂部出口壓力；采用上大下小的梯形鋼混蓋體，有效擴(kuò)大蓋體自身重量，確保其強(qiáng)度，同時(shí)縮小封口尺寸，采用密封圈作為密封方式之一，降低密封難度；鋼混封蓋頂部由大量巖層填充，增加重量，實(shí)現(xiàn)低難度高質(zhì)量密封；內(nèi)置呼吸儲(chǔ)氣膜，氣膜主要用于隔絕空氣和二氧化碳，并通過控制硐室內(nèi)空氣壓力使氣膜收縮或膨脹，最終獲得穩(wěn)定的二氧化碳輸出壓力；罐內(nèi)空氣的釋放過程也連接發(fā)電機(jī)，內(nèi)能轉(zhuǎn)化成電能，達(dá)到節(jié)能減排的目的；占地面積少，此方案建造的儲(chǔ)氣設(shè)施大部分建筑都在地下，在地面僅需留有進(jìn)出氣管和檢修管的位置，其對(duì)應(yīng)的地面仍可安置其他設(shè)備，降低了土地使用成本；本發(fā)明帶呼吸儲(chǔ)氣膜地下硐室，結(jié)構(gòu)緊湊、施工難度低，密封性能好，能實(shí)現(xiàn)介質(zhì)氣體的穩(wěn)定輸出，且占地面積小，制造成本低，使用效果好，適用范圍廣。