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利用煤炭开发地下空间储能的技术路径与地质保障
被引量：
19
1
作者
孙强
张卫强
+8 位作者
耿济世
胡建军
张玉良
吕超
葛振龙
李鹏飞
贾海梁
刘亚斌
李宇翔
《煤田地质与勘探》
CAS
CSCD
北大核心
2023年第2期229-242,共14页
煤炭资源在我国能源结构中仍处于主体地位,但煤炭工业发展面临着“碳达峰碳中和”的新挑战。积极发展煤炭开发地下空间储能技术,是推动能源利用低碳化和清洁化的有效手段,也是保证我国能源战略安全的关键措施。结合当前储能技术,探讨了...
煤炭资源在我国能源结构中仍处于主体地位,但煤炭工业发展面临着“碳达峰碳中和”的新挑战。积极发展煤炭开发地下空间储能技术,是推动能源利用低碳化和清洁化的有效手段,也是保证我国能源战略安全的关键措施。结合当前储能技术,探讨了煤炭开发地下空间的利用现状,围绕利用煤炭开发地下空间抽水蓄能、热储能、压缩空气储能、电化学储能、生物质储能等储能新技术,重点阐述废弃矿井不同能源类型的储能理念及方式,系统分析储能过程中面临的地质保障关键技术难题。煤炭开发地下空间储能新技术总体思路为:利用煤炭开发地下空间所具有的低位势能差,将其用作梯级储水库(抽水蓄能);或直接将其用作储质、储能空间(热储能、压缩空气储能、电化学储能、生物质储能),既可提升煤炭开发地下空间资源的开发利用率,又可避免土地资源浪费,尽量降低对生态环境的扰动。虽然煤炭开发地下空间可作为大规模储能库,但其开发利用过程仍存在一些亟待解决的地质问题以及地质保障技术。主要包括:(1)地质条件与选址适宜性分析和安全性评价,即对储能空间的地质因素进行岩土工程性质和环境地质条件的系统研究,查明储能空间稳定性主控因素及其权重,构建选址指标体系与评价方法,重点查明区域构造、围岩体强度以及孔裂隙发育等情况,必须保证场地安全性。(2)储能地质体构建及关键技术研究,即根据地下空间实际条件和相关参数构建储能地质体在温度(T)、渗流(H)、应力(M)、化学(C)耦合条件下的地质体多尺度性能演化模型,结合数值分析和仿真技术构建地下空间隔离墙,确立储能空间体系,评价储能潜力,创新地下空间围岩加固改良、防渗等安全措施,并为地下空间储能长期安全高效开发提供地质保障。(3)储能地质体性能演化规律研究,即基于多相(固、液)、多场(温度场、应力场、渗流场、化学场)耦合模型,揭示多尺度下(微观、细观、宏观)围岩热损伤特性、围岩疲劳强度劣化机制等,获得储能介质物性参数、注入量、注采频率、储能时间和储能压力等关键参数,提出合理的围岩加固工艺与稳定性控制技术,分析覆岩长期沉降规律,为储库泄漏防治工程提供依据。(4)地下空间长期安全稳定性评估,即对煤炭开发地下空间地质条件、安全条件及环境条件等方面进行长时间、多尺度健康监测与动态评估,构建储库地质环境安全预警系统,分析运行过程及地质环境演变,为煤炭开发地下空间储能提供全方位安全监测和预警。发展煤炭开发地下空间储能技术可为我国井下空间资源利用提供思路,推进“双碳”目标下我国煤炭产业向绿色清洁高效转型发展。
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关键词
煤炭开发地下空间
碳中和
储能
多相多场耦合
地质保障
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职称材料
题名
利用煤炭开发地下空间储能的技术路径与地质保障
被引量：
19
1
作者
孙强
张卫强
耿济世
胡建军
张玉良
吕超
葛振龙
李鹏飞
贾海梁
刘亚斌
李宇翔
机构
西安科技大学地质与环境学院
自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室
中国矿业大学资源与地球科学学院
深圳大学深地科学与绿色能源研究院
河北工业大学土木与交通学院
西安科技大学能源学院
山西大同大学建筑与测绘工程学院
西安科技大学建筑与土木工程学院
青海大学地质工程系
西安科技大学材料学院
出处
《煤田地质与勘探》
CAS
CSCD
北大核心
2023年第2期229-242,共14页
基金
内蒙古自治区科技重大专项项目(2021ZD0034)。
文摘
煤炭资源在我国能源结构中仍处于主体地位,但煤炭工业发展面临着“碳达峰碳中和”的新挑战。积极发展煤炭开发地下空间储能技术,是推动能源利用低碳化和清洁化的有效手段,也是保证我国能源战略安全的关键措施。结合当前储能技术,探讨了煤炭开发地下空间的利用现状,围绕利用煤炭开发地下空间抽水蓄能、热储能、压缩空气储能、电化学储能、生物质储能等储能新技术,重点阐述废弃矿井不同能源类型的储能理念及方式,系统分析储能过程中面临的地质保障关键技术难题。煤炭开发地下空间储能新技术总体思路为:利用煤炭开发地下空间所具有的低位势能差,将其用作梯级储水库(抽水蓄能);或直接将其用作储质、储能空间(热储能、压缩空气储能、电化学储能、生物质储能),既可提升煤炭开发地下空间资源的开发利用率,又可避免土地资源浪费,尽量降低对生态环境的扰动。虽然煤炭开发地下空间可作为大规模储能库,但其开发利用过程仍存在一些亟待解决的地质问题以及地质保障技术。主要包括:(1)地质条件与选址适宜性分析和安全性评价,即对储能空间的地质因素进行岩土工程性质和环境地质条件的系统研究,查明储能空间稳定性主控因素及其权重,构建选址指标体系与评价方法,重点查明区域构造、围岩体强度以及孔裂隙发育等情况,必须保证场地安全性。(2)储能地质体构建及关键技术研究,即根据地下空间实际条件和相关参数构建储能地质体在温度(T)、渗流(H)、应力(M)、化学(C)耦合条件下的地质体多尺度性能演化模型,结合数值分析和仿真技术构建地下空间隔离墙,确立储能空间体系,评价储能潜力,创新地下空间围岩加固改良、防渗等安全措施,并为地下空间储能长期安全高效开发提供地质保障。(3)储能地质体性能演化规律研究,即基于多相(固、液)、多场(温度场、应力场、渗流场、化学场)耦合模型,揭示多尺度下(微观、细观、宏观)围岩热损伤特性、围岩疲劳强度劣化机制等,获得储能介质物性参数、注入量、注采频率、储能时间和储能压力等关键参数,提出合理的围岩加固工艺与稳定性控制技术,分析覆岩长期沉降规律,为储库泄漏防治工程提供依据。(4)地下空间长期安全稳定性评估,即对煤炭开发地下空间地质条件、安全条件及环境条件等方面进行长时间、多尺度健康监测与动态评估,构建储库地质环境安全预警系统,分析运行过程及地质环境演变,为煤炭开发地下空间储能提供全方位安全监测和预警。发展煤炭开发地下空间储能技术可为我国井下空间资源利用提供思路,推进“双碳”目标下我国煤炭产业向绿色清洁高效转型发展。
关键词
煤炭开发地下空间
碳中和
储能
多相多场耦合
地质保障
Keywords
underground space formed by coal mining
carbon neutrality
energy storage
multi-phase and multi-field coupling
geological guarantee
分类号
TD98 [矿业工程—选矿]
TK02 [动力工程及工程热物理]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
利用煤炭开发地下空间储能的技术路径与地质保障
孙强
张卫强
耿济世
胡建军
张玉良
吕超
葛振龙
李鹏飞
贾海梁
刘亚斌
李宇翔
《煤田地质与勘探》
CAS
CSCD
北大核心
2023
19
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