压缩空气储能电站人工硐室选址关键流程.docx

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1、压缩空气储能电站人工嗣室选址关键流程压缩空气储能是一种利用压缩空气作为介质来储存富余电能的新技术。压缩空气储能电站与抽水蓄能电站同样具有调节电力峰谷和改善电力品质的作用，但前者具有效率高、占地面积小、运行方式灵活、投资和运行费用少等优点。在大规模压缩空气储能电站选址过程中，该区域地质构造是否适合修建大型地下储气库是关键所在。目前较为常见的岩穴地下储库分为盐岩洞穴、硬岩洞穴两种。相对于盐岩洞穴，新开挖硬岩人工胴室储气库的最大优点是适合建库的硬岩岩石类型多，且地层分布广泛。但是在国家城镇开发边界、永久基本农田保护红线、生态保护红线三条控制线范围外，想要选出工程地质、水文地质、交通运输及周边环境都满

2、足压缩空气储能电站建设要求的厂址，并非易事。国内某能源建设企业在甘肃某地开工建设300MW级人工胴室型压缩空气储能电站。本文依托该项目的建设实践，研究梳理了人工碉室型压缩空气储能电站选址的关键流程及主要工作内容。1、人工碉室选址原则与流程压缩空气储能电站的工作原理如图1所示。其中，高压储气库作为运行过程中的重要一环，承担着存储高压空气的任务，当采用地下人工碉室作为高压储气库时，应充分评价其承压后的稳定性与密封性。压缩空气储能电站地下人工碉室型储气库选址原则主要遵循以下几点：1）选址区交通运输方便，整体地势平坦，地形坡角小于15。；2）硬质岩在空间上发育连续、完整，具有一定规模，满足地下胴室成胴

3、建库的基本条件；3）站址区内无崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、采空区等影响工程建设的不良地质作用；4）断裂、断层距离站址较远，不影响地下胴室稳定性；5）区域地质构造稳定性评估满足建设要求；6）胴室围岩稳定性评估满足建设要求。选址关键流程包括5步,分别是室内普选、现场踏勘、选址勘察、区域地质构造稳定性评估和胴室围岩稳定性评估。其中，选址勘察又分为预可研勘察与可研勘察两个工作阶段。2、室内普选室内普选的主要工作内容包括：在室内利用各种地质、测绘、岩石基础数据和必要的工具软件，开展地下碉室储气库站址普选的工作。工作方法主要是先考虑拟建地下胴室的岩石条件，再考虑地面建厂条件；先避开高烈度地震区域，再避开

4、断层断裂带。具体要求如下：D岩石条件。在区域地质图中选择单轴饱和抗压强度Rcfegt;60MPa的坚硬岩区域作为人工胴室选址的主要目标区，常见的硬质岩主要有：花岗岩、闪长岩、角闪岩、玄武岩、大理岩等。所选区域的几何平面面积应不小于4km2o2）地面建厂条件。拟选的地面建厂厂址应具有足够地面建厂要求的平整土地或具备土地平整条件，且厂址距离人工胴室选址最远直线距离不宜超过2kmo3）地震条件。所选区域应地质构造相对简单，地震基本烈度不超过ViD度，并避开发震断裂部位。4）断裂断层条件。建议避开大型断裂带5km以上，避开实测断层和性质不明的推测断层20Om以上，避开不良地质作用发育且对厂址稳定性有直

5、接危害或潜在威胁的区域。室内普选的最终工作目标是通过资料收集、图选，综合岩石、地震、交通等各种条件，初步选择34处具备建厂条件的区域范围，并形成站址普选报告。报告的内容包括但不限于以下部分：项目站址所在行政区域情况;项目站址所在区域地质构造情况；项目站址所在区域其他需说明的情况（如已有钻孔、岩石、物探等试验数据的引用及说明）；结论与建议。3、现场踏勘现场踏勘的主要工作内容包括：对室内普选区域的实际情况进行核实、排查；现场实际了解候选区域微地貌、地层、构造等建厂条件；必要时可采取少量物探手段对地下岩体基本情况进行初探。具体工作方法包括以下几点：D地形地貌观测。应观测各备选厂址周边的地形、地貌特征

6、，特别是山脊走向、水系流向、土壤、植被覆盖情况，用于辅助判别断层、断裂走向。2）岩石强度初测。使用岩石强度回弹测试仪器，现场初测岩石强度。3）岩石性质初判。应根据岩石的颜色、结晶、斑纹、颗粒等情况，初步判断岩石的性质。4）断层断裂初判。应通过各种野外判别岩石断层的方法进行断层断裂初判，包括：观测寻找地貌标志、观测寻找构造与地层标志及观测寻找岩相和厚度标志等判别方法。5）地震烈度初判。应通过咨询当地地震部门或检索当地地震动参数区划图资料，确认备选区域地震基本烈度。6）其他建厂条件初判。现场踏勘时应尽可能确认备选区域的基本农田和生态红线占用情况，进一步确认交通、道路、供水、供电等边界条件。现场勘察

7、的最终目标是形成2个厂址方案进入选址勘察阶段，具备开展进一步物探、钻探工作的条件。4、选址勘察选址勘察阶段的主要工作内容包括查明各候选站址区岩土工程条件，提供岩土物理、力学性质指标和设计所需的各项岩土参数，重点查明胴室范围岩体工程性状，并最终确定洞址。工作方法包括以下几点：1）工程地质测绘。运用地质学及工程地质理论，对与工程建设有关的各种地质现象进行观察和描述，初步查明拟建场地或各建筑地段的工程地质条件，本阶段工程地质测绘的比例尺可选用1：5000-1：2OOOo2）物探勘察。根据现场实施条件选择可控源大地电磁测深法或地震法探测，电法布置纵横贯通的测线不少于6条，地震法测量面积应覆盖并大于备选

8、胴室区域。3）钻探勘察。控制性钻孔应在物探剖面解译成果完成后，选择关键点位进行布设。应在所选岩体的几何区域内布设不少于2个钻孔，分别位于中心区域和边界区域，钻孔深度进入设计洞底标高以下3011o4）试验及测试。通过以下试验、测试查明地下岩体质量、物理力学性质等。岩体完整性。取芯、钻孔电视、声波测试。岩体物理性质。含水率、密度、吸水性、膨胀性。岩体力学性质。单轴抗压强度试验、单轴压缩变形试验、三轴压缩强度试验、抗拉强度试验、直剪试验、点荷载试验、原位直剪试验、承压板试验、钻孔变形试验。水文地质参数。抽水试验、压水试验、注水试验、连通试验。其他检测。地应力测试、放射性测试、有害气体检测。选址踏勘的

9、最终目标是为总平面布置、编制可行性研究报告提供勘察资料。5、区域地质构造稳定性评估区域地质构造稳定性评估应根据室内普选、现场勘察、选址勘察等各阶段的工作成果，开展专题评估和研究，应包括但不限于以下内容：1）区域地形地貌、地层岩性、地质构造、物理地质现象、水文地质条件等概况；2）区域新构造运动及地震活动性特征概况；3）近场区和场址区地质构造及主要断层的活动性分析；4）场地地震安全性评价；5）场地地震地质灾害评价；6）区域构造稳定性评价。区域地质构造稳定性评估的最终工作目标是确定区域地质构造稳定性，提出地震参数，提交区域地质构造稳定性评估专题报告。6、洞室围岩稳定性评估碉室岩石（围岩）稳定性评估应

10、根据室内普选、现场勘察、选址勘察、区域地质构造稳定性评估等各阶段的工作成果，开展专题评估和研究，应包括但不限于以下内容。6.1上覆岩体稳定性计算地下有压嗣室的上覆岩体稳定性计算式如下：人W1Ac(lzl2z2)(2)rr=Iczch1Y2分别为水、风化层、未风化层容重，kNm3;zw、zlz2分别为胴库上水位、风化层、未风化层厚度，m；1.C为胴库水平投影周长，m；ks为侧压力系数；C为未风化层粘聚力，MPa；为未风化层内摩擦角，推荐公式的分析计算模型图如图2所示，该公式参考极限平衡法中边坡和隧道设计安全系数，将地下有压碉库安全系数取为3.0,即Fs23.0时,可判定地下有压碉室的上覆岩体稳定

11、性满足要求。图中，1.为胴库高度，m；r为胴库半径，m06.2数值计算分析采用有限元法对碉室的受力变形进行计算分析，其主要工作内容包括以下几点：1）地质概化模型初步构建;2）围岩物理力学参数综合分析;3）储气库初步方案几何模型初步构建;4）静止工况下围岩稳定性评价；5）施工过程围岩稳定性评价；6）运营期围岩和密封结构稳定性评价。压气储能内衬胴室主要采用剪切塑性区和衬砌区应变作为稳定性判据。通过计算分析可知围岩塑性区越小，对胴室稳定性越有利;衬砌切向应变越小，碉室密封性越好。7、结语地下人工胴室的稳定性与密封性是建设压缩空气储能电站的决定性因素。本文依据甘肃某压缩空气储能电站的建设经验，系统性地总结了地下人工胴室型压缩空气储能电站选址的关键流程及各步骤的主要工作内容，能够为今后类似工程的开展提供参考依据。人工胴室的选址流程包括5步，各步的工作内容明确，工作目标清晰。整个选址工作需要严格按照此工作流程推进，并在此基础上充分论证工程的可行性，以确保项目建设顺利进行。