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中国盐穴储氢关键技术现状及展望

石油钻探技术 2024年

作者：纪文栋万继方贺育贤李景翠刘伟孙鹏重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室中能建数字科技集团有限公司长江大学机械工程学院中石化石油工程技术研究院有限公司

随着中国“双碳”目标的推进，传统化石能源正向可再生清洁能源转型。氢能具有来源广、能量密度高、高效清洁等特点，发展氢能已成为未来能源行业的重要趋势。盐穴在气密性方面优势尤为明显，同时，其也可避免与氢气发生反映，因此，也... 详细信息

随着中国“双碳”目标的推进，传统化石能源正向可再生清洁能源转型。氢能具有来源广、能量密度高、高效清洁等特点，发展氢能已成为未来能源行业的重要趋势。盐穴在气密性方面优势尤为明显，同时，其也可避免与氢气发生反映，因此，也是地下大规模储氢的首选。为聚焦中国盐穴存储氢能技术研究和未来发展，分析了储氢地质类型及特征，详细阐述了盐穴储氢研究进展和国外运营现状。重点围绕盐穴储氢技术，深入剖析了大尺寸钻完井、盐穴造腔及形态控制、腔体密封评价、井筒完整性检测及评价、管材腐蚀及氢脆控制。总结了近年来各国制定的相关氢能政策和战略目标，结合我国盐穴储氢未来发展的机遇和挑战，对盐穴储氢地质选择和评估、大尺寸井筒完整性、盐穴造腔形态控制和密封检测、氢能和盐业有机协同发展进行了展望，以期形成符合我国国情的盐穴储氢发展道路。

关键词：盐穴储氢盐穴造腔腔体密封井筒完整性发展方向

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盐穴压缩空气储能库注采井筒体系优化设计

天然气工业 2024年第6期44卷 169-180页

作者：万继方纪文栋李景翠孙养清赵永安罗一峰吴启春中能建数字科技集团有限公司长江大学机械工程学院宝山钢铁股份有限公司百勤能源科技(广东)股份有限公司建湖县鸿达阀门管件有限公司

盐穴因其密封与稳定特性成为压缩空气储能库(以下简称储能库)首选,储能库可以实现大规模的清洁储能,能实现电力供需的“削峰填谷”,是实现“双碳”目标的重要方向之一。井口装置、注采管和封隔器组成的井筒体系是储能库与地面设备的连... 详细信息

盐穴因其密封与稳定特性成为压缩空气储能库(以下简称储能库)首选,储能库可以实现大规模的清洁储能,能实现电力供需的“削峰填谷”,是实现“双碳”目标的重要方向之一。井口装置、注采管和封隔器组成的井筒体系是储能库与地面设备的连接通道,然而受气体注采流量的限制和冲蚀作用的影响,现阶段的小通径井筒严重限制了压缩空气储能电站的装机规模。为优化储能库注采井筒体系,对大通径井口装置、耐腐蚀套管和大尺寸封隔器的设计与加工中存在的主要问题进行了分析,并结合工程实际提出了解决措施和合理化建议。研究结果表明:(1)井口装置设计需考虑到每层套管头座挂芯轴悬挂器台阶的承载强度,需要校核及验证悬挂器最小壁厚处的抗外挤强度、承受井下反压时顶丝的抗剪切强度等参数;(2)套管选材应充分考虑制造工艺及经济成本在盐穴压缩空气储能工况中的适用性,建议在易发生冲蚀处使用耐蚀合金纯管材,其余部位优选具有性价比的耐腐蚀套管;(3)大尺寸封隔器建议整体采用芯轴设计,胶筒选用氢化丁腈橡胶或四丙氟橡胶等材质,卡瓦建议采用笼式桶状。结论认为,提出的注采井筒体系设计优化措施,能够为该类型储能项目的大尺寸井筒注采体系设计与优化提供方法和思路。

关键词：盐穴 CAES 井口装置套管封隔器大尺寸注采优化设计

压缩空气储能电站地下硐库的基本概念、设计理念与方法

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隧道与地下工程灾害防治 2024年第1期6卷 14-23页

作者：孙冠华朱开源纪文栋易琪耿璇于显杨中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室中国科学院大学中能建数字科技集团有限公司

从工程角度归纳和总结压缩空气储能地下硐库的基本概念，解析硐库的基本结构，分析硐库在运营期间受到的主要荷载特征；在此基础上改进柔性密封结构的基本设计理念，建议在地下储气硐库的设计中采用可靠度设计方法，为压缩空气储能地下... 详细信息

从工程角度归纳和总结压缩空气储能地下硐库的基本概念，解析硐库的基本结构，分析硐库在运营期间受到的主要荷载特征；在此基础上改进柔性密封结构的基本设计理念，建议在地下储气硐库的设计中采用可靠度设计方法，为压缩空气储能地下硐库的设计、运营和维护提供指导和依据。

关键词：压缩空气储能地下硐库设计方法

非补燃式地下含水层压缩空气储能地质研究及发展前景

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能源与环保 2024年第1期46卷 199-203页

作者：郝猛商浩亮纪文栋张文静刘晓林中能建数字科技集团有限公司湖北武汉430040 湖北楚韵储能科技有限责任公司湖北应城432400

非补燃式地下含水层压缩空气储能是借助于自身的储热特点和区域地质优势将过剩电力转换存储的新型储能方式,间接的解决了能源浪费问题,成为现今能源储备方向的热题。通过现有的压缩空气储能成功案例和正在建设项目工程,对非补燃式地下... 详细信息

非补燃式地下含水层压缩空气储能是借助于自身的储热特点和区域地质优势将过剩电力转换存储的新型储能方式,间接的解决了能源浪费问题,成为现今能源储备方向的热题。通过现有的压缩空气储能成功案例和正在建设项目工程,对非补燃式地下含水层压缩空气储能(CAESA)原理和未来发展前景进行简易介绍,对储气库选址工作中所需的地质条件和经济效益以及安全性等3重因素进行详细阐述。储层的地质条件包括储层地质完整性、含水储层渗透性、盖层密封性及储层稳定性4个方面,经济效益着重工程地质选址成本、工程建设成本及运营维护成本等,其中选址环节利用现有各项资料能节省部分项目支出。项目安全性旨在建设期地下工程喷井等安全事故及运行期内固井和井筒腐蚀性等可能存在的安全隐患分析。结合国内地理优势、城市经济及油气田的分布等,针对性研究含水储层对空气压缩储能的发展有重大的实际性意义。

关键词：压缩空气储能新型储能储层地质条件

压缩空气储能电站中的老井锻铣封堵技术研究和应用

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电力勘测设计 2024年第6期 61-65页

作者：彭威利奕年商浩亮纪文栋邢泰高中能建数字科技集团有限公司北京100022 湖北楚韵储能科技有限责任公司湖北应城432400

压缩空气储能是一种具有广阔前景的储能技术,改造后的地下盐穴适宜作为压缩空气储能电站储气库。本文依据湖北某300MW级压缩空气储能电站的建设经验,对于盐穴型压缩空气储能电站老腔改造方式及老井锻铣封堵技术的应用情况进行了研究和总... 详细信息

压缩空气储能是一种具有广阔前景的储能技术,改造后的地下盐穴适宜作为压缩空气储能电站储气库。本文依据湖北某300MW级压缩空气储能电站的建设经验,对于盐穴型压缩空气储能电站老腔改造方式及老井锻铣封堵技术的应用情况进行了研究和总结,可为后续类似工程的设计与施工提供参考依据。

关键词：压缩空气储能盐穴老腔改造老井锻铣封堵

压缩空气储能人工硐室储气库爆破开挖技术探讨

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电力勘测设计 2024年第3期 63-68页

作者：纪文栋许韧初侯景峥贺家新程少振石少华中能建数字科技集团有限公司北京100044 湖北楚韵储能科技有限责任公司湖北应城432418 北京交通大学北京100091

为支撑世界首例300 MW级压缩空气储能人工硐室储气库工程的安全建设,满足储气库围岩的损伤控制要求,对人工硐室储气库爆破施工中的掏槽孔区域位置、最大一段装药量和爆破临空面布置等参数设计展开分析,获得人工硐室储气库先导洞掏槽孔... 详细信息

为支撑世界首例300 MW级压缩空气储能人工硐室储气库工程的安全建设,满足储气库围岩的损伤控制要求,对人工硐室储气库爆破施工中的掏槽孔区域位置、最大一段装药量和爆破临空面布置等参数设计展开分析,获得人工硐室储气库先导洞掏槽孔区域位置的基本布置方法,阐明多段位爆破装药量设计和延时设计的平衡原则,提出“一变二、二转四;二四同进、直至洞底”爆破开挖思路。通过联合应用上述3种方法,发现爆破开挖后硐壁围岩新产生的裂缝较少,表明爆破应力得到较好控制。

关键词：压缩空气储能人工硐室储气库爆破开挖技术掏槽孔爆破装药量爆破临空面

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某压缩空气储能电站浅埋盐穴稳定性研究

电力勘测设计 2024年第3期 69-75页

作者：虞海兵纪文栋侯景峥商浩亮万继方马洪岭中能建数字科技集团有限公司北京100044 中国科学院武汉岩土力学研究所湖北武汉430071

国内许多盐穴难以满足压缩空气储能电站的改造要求,新建盐穴成为未来压缩空气储能电站储气库的重点目标。以安徽省某拟开采浅埋盐矿作为实例,建立水溶开采后盐腔计算模型。基于该矿区具有浅埋深与大倾角的地质特点,分析盐层倾角和埋深... 详细信息

国内许多盐穴难以满足压缩空气储能电站的改造要求,新建盐穴成为未来压缩空气储能电站储气库的重点目标。以安徽省某拟开采浅埋盐矿作为实例,建立水溶开采后盐腔计算模型。基于该矿区具有浅埋深与大倾角的地质特点,分析盐层倾角和埋深对盐腔变形和体积收缩的影响规律。研究结果表明:盐层倾角为20°时,盐腔的稳定性较差,矿区拟建盐腔埋深达到500 m后,腔体蠕变5 a后体积收缩超过安全限值。

关键词：压缩空气储能电站浅埋盐穴盐层倾角埋深稳定性

压缩空气储能电站高内压隧道式储气硐室潜在失稳模式研究

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岩石力学与工程学报 2023年

作者：孙冠华易琪姚院峰商浩亮纪文栋中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室中国科学院大学中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司中能建数字科技集团有限公司

随着新能源的迅猛发展，不同于传统隧洞工况的压缩空气储能电站高内压储气硐室存在上覆岩体稳定性问题，其潜在失稳模式亟待研究。采用Mohr-Coulomb强度准则，基于岩体极限应力场，同时考虑张拉和剪切破坏两种模式，将浅埋高内压隧道式... 详细信息

随着新能源的迅猛发展，不同于传统隧洞工况的压缩空气储能电站高内压储气硐室存在上覆岩体稳定性问题，其潜在失稳模式亟待研究。采用Mohr-Coulomb强度准则，基于岩体极限应力场，同时考虑张拉和剪切破坏两种模式，将浅埋高内压隧道式储气硐室潜在失稳模式归结为一簇常微分方程组的初值问题，并给出了求解方法。与物理模型试验结果对比分析，验证了方法的可靠性。并且，分别研究了埋深、硐径、地应力系数以及内摩擦角对失稳形态的影响，结果表明地应力系数和内摩擦角影响较大。最大水平应力方向垂直于隧道式硐室轴线更利于上覆岩体稳定。另一方面，内摩擦角对失稳形态的影响依赖于地应力系数，当地应力系数小于1时，内摩擦角越小越有利；地应力系数等于1时，内摩擦角几乎无影响；地应力系数大于1时，内摩擦角越大越有利。鉴于此，硐室布置、埋深和硐径应考虑地应力和内摩擦角。最后，将潜在破坏面形态进行简单的几何参数化，给出几何参数与地应力系数和内摩擦角的对应关系，以供工程设计参考。在破坏模式上，地应力系数较小时，潜在破裂面为张拉–剪切复合模式，张拉区域位于靠近硐壁和地表位置；地应力系数较大时，则为剪切破坏。

关键词：隧道工程压缩空气储能潜在破坏面高气压地下硐室稳定性

高吸水材料改善高含水率淤泥流动性的试验研究

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岩土力学 2015年第S1期36卷 281-286页

作者：纪文栋张宇亭颜容涛王欢孟毅交通运输部天津水运工程科学研究所水工构造物检测诊断与加固技术交通行业重点试验室天津300456 交通运输部天津水运工程科学研究所天津300456 桂林理工大学土木与建筑工程学院广西桂林541004

城市疏浚和建设过程中产生的高含水率淤泥具有高流动性的典型特点,导致此类淤泥运输、周转都极为不便。开展了利用高吸水材料改善淤泥流动性的试验,研究结果表明,淤泥的流动性随着含水率的升高而显著上升,曲线拟合结果显示两者之间近似... 详细信息

城市疏浚和建设过程中产生的高含水率淤泥具有高流动性的典型特点,导致此类淤泥运输、周转都极为不便。开展了利用高吸水材料改善淤泥流动性的试验,研究结果表明,淤泥的流动性随着含水率的升高而显著上升,曲线拟合结果显示两者之间近似成二次函数关系。通过添加较少量的高吸水材料就可以使淤泥的流动性迅速降低到非常利于运输和周转的程度;引入"净流动值"定量地描述高吸水材料对淤泥流动性的改善效果,不同初始含水率的淤泥在添加一定比例的高吸水材料后其"净流动值"降低比例处于相同水平;高吸水材料对淤泥流动性的改善效果在极短时间内可以得到显著体现,未进行充分搅拌混合的情况下淤泥流动值改善就已接近最优值,搅拌的持续时间和强度对淤泥流动性改善效果并无明显影响,工程应用时的工作耗时和工作强度将会明显降低。

关键词：淤泥高含水率流动性高吸水材料