《DLT 5893-2025压缩空气储能电站地下储气库设计规范》专题研究报告

《DL/T5893—2025压缩空气储能电站地下储气库设计规范》专题研究报告目录02040608100103050709洞悉岩体,量体裁衣:专家视角规范中储气库类型与选址的地质逻辑,破解“何处造库

”的核心密码与风险预控模型气体之魂,流场之舞:深度解码储气库内气体热动力学行为与流体力学设计准则,如何保障“吞吐

”效率与运行安全深地迷宫,生命通道:系统阐述储气库井巷工程设计、施工与监测的规范化路径,探索地下复杂空间的工程生命线构建防微杜渐,守土有责:全面规范中储气库环境风险评估、污染防治与生态恢复要求,勾勒绿色地下储能的未来图景规范之维,未来之眼:立足本标准,展望压缩空气储能地下储气技术规模化发展的挑战、创新方向与标准化演进趋势开山辟地,立规建制:深度剖析新国标如何为大规模压缩空气储能地下工程锚定“从零到一

”的顶层设计框架与系统性安全基石极限承压,动态呼吸:前瞻性探究规范对储气库结构稳定性与密封性的严苛要求,及其应对千百万次疲劳荷载的创新设计哲学万钧之压,分毫之控:聚焦储气库盖层与固岩的力学屏障设计,规范如何构筑防止气体逃逸与地质灾害的双重防线智能感知,数字孪生:前瞻行业趋势,剖析规范对储气库全周期监测、预警与智能化运维体系构建的前瞻性指引从蓝图到现实:深度拆解规范在储气库施工、验收及运行维护各环节的关键控制点与标准化作业流程指导开山辟地，立规建制：深度剖析新国标如何为大规模压缩空气储能地下工程锚定“从零到一”的顶层设计框架与系统性安全基石填补空白：首部国家级地下储气库设计专规诞生的行业背景与战略意义本规范的出台，标志着我国压缩空气储能（CAES）产业从示范探索迈向规模化发展的关键转折。在“双碳”目标驱动下，CAES作为大规模、长时储能的主力技术之一，其核心瓶颈在于安全、经济、大规模的地下储气库建设。此前，国内缺乏针对CAES地下储气库的专用设计标准，工程设计多借鉴油气储库或国外经验，存在适配性差、系统性不足等风险。本规范首次系统性地确立了设计原则、技术要求和安全标准，为行业提供了统一、权威的技术依据，是保障国家新型电力系统构建和能源安全的重要基础设施标准，具有里程碑式的战略意义。顶层逻辑：规范确立的“安全第一、统筹协调、全周期管控”核心设计原则体系规范开宗明义，确立了以安全为核心的刚性原则。这并非简单的口号，而是贯穿于选址、设计、施工、运行、退役全过程的系统性要求。它强调储气库设计必须统筹考虑地质适宜性、结构完整性、密封可靠性、运行灵活性及环境相容性等多维度目标。“全周期管控”原则要求设计阶段就必须预见施工、运行、监测乃至最终封存退役各阶段的需求与潜在风险，进行一体化设计。这意味着设计成果不是静态的图纸，而是一个动态的、可反馈优化的系统性解决方案的起点，从根本上改变了传统地下工程设计相对割裂的思维模式。0102体系构建：详解规范涵盖的“地质-结构-井巷-监测-环保”多模块协同设计框架规范构建了一个层次清晰、模块耦合的完整技术体系框架。它并非孤立地规定某个环节，而是将储气库视为一个复杂系统工程。框架以地质勘查与评价为基础模块，决定了储气库的“先天体质”；以库体结构与密封设计为核心模块，决定了其“承载与包容能力”；以井巷与钻孔设计为关键连接模块，是气体“吞吐的咽喉”；以监测系统设计为“神经感知”模块，实现状态可知可控；以环境保护与安全设计为“约束与保障”模块。各模块在设计参数、安全系数、接口标准上紧密衔接、相互校核，形成了一个有机整体，确保设计的完整性与协同性。洞悉岩体，量体裁衣：专家视角规范中储气库类型与选址的地质逻辑，破解“何处造库”的核心密码与风险预控模型类型抉择：盐穴、硬岩洞穴、含水层及废弃矿坑四大类储气库的适用条件与优劣深度对比规范系统梳理了四种主流地下储气库类型，明确了各自的“战场”。盐穴储气库利用水溶盐岩形成，密封性极佳、运行压力高、灵活性好，是目前最成熟类型，但对特定盐层地质条件依赖性强。硬岩洞穴（如花岗岩、石灰岩）通过挖掘形成，选址相对灵活，但建设成本高，对围岩完整性和支护要求苛刻。含水层储气库利用地下多孔岩层，储存容积潜力巨大，但涉及复杂的气水相互作用，垫底气损失风险与水质影响需重点评估。废弃矿坑改造库可盘活存量资源，但地质条件复杂、形状不规则，加固与密封挑战巨大。规范为各类库型提供了差异化的设计参数与评价要求，指导项目科学选型。地质探针：规范要求的精细化、多尺度地质勘查内容、方法与评价标准全解析规范对地质勘查提出了远超常规工程的高标准、精细化要求。勘查内容覆盖区域稳定性、构造地质、地层岩性、水文地质、工程地质、地应力场等多个维度。方法上强调“天-地-井”结合：遥感与地球物理勘探（如地震、电磁法）进行区域筛查和宏观结构探测；钻探与岩芯取样获取直接、精准的地层与力学参数；孔内测试（如地应力测试、水文试验）揭示原位岩体特性。评价标准不仅关注静态参数，更强调对岩体长期强度、渗透性演化、地质缺陷（断层、裂隙）在循环加卸载下的稳定性进行预测，为设计提供可靠输入。0102风险预控：基于多源信息融合的储气库选址综合定量评价模型与“一票否决”项选址决策是风险管控的第一道关口。规范引导建立综合定量评价模型，将地质适宜性、安全风险、经济性、环境影响等因子量化赋权，进行多方案比选。更重要的是，它明确了地质“一票否决”项，如活动断裂带、地质灾害高危区、重要水源保护区、矿产采空区等，从根本上规避不可接受的风险。模型强调多源信息（地质、地球物理、钻探、试验数据）的融合与交叉验证，利用三维地质建模技术构建可视化的地下地质体，模拟不同工况下的地质响应，实现选址从“经验判断”向“数据驱动、模型预测”的科学决策转变。极限承压，动态呼吸：前瞻性探究规范对储气库结构稳定性与密封性的严苛要求，及其应对千百万次疲劳荷载的创新设计哲学动态荷载谱：解密CAES储气库区别于常规储库的“高频、大幅、交变”压力循环特征这是CAES储气库设计的核心挑战。不同于油气储库相对稳定的压力状态，CAES储气库在日复一日的充放电循环中，承受着高频次（通常每日1-2次，全寿命期内可达上万次）、大幅度（压力在最大运行压力与最小压力间周期性波动）的交变气压荷载。这种动态荷载如同反复“呼吸”，会对岩体产生疲劳效应，可能导致裂隙萌生、扩展，微渗漏加剧，甚至诱发渐进性破坏。规范要求设计必须基于完整的压力循环谱（包括充气速率、排气速率、保压时间、压力上下限），进行动态力学分析，这是确保储气库数十年安全运行的生命线。稳定性边界：岩体长期强度、疲劳损伤阈值与安全系数确定方法的专家级规范对稳定性的考量是“长期”和“动态”的。它要求确定岩体在长期荷载和循环荷载共同作用下的“长期强度”，该强度通常低于常规短期强度。同时，需通过试验或数值模拟，研究岩体在循环加卸载下的损伤累积规律，确定其“疲劳损伤阈值”，即在不发生有害损伤的前提下所能承受的循环次数与幅值。安全系数的选取也更为复杂，需综合考虑地质不确定性、荷载动态性、计算模型精度等因素，对不同的破坏模式（整体垮塌、局部掉块、密封失效）可能采用不同的分项安全系数，体现基于性能的设计思想。0102密封性设计哲学：从“绝对不透”到“可控微渗”的现代密封理念与关键技术指标规范摒弃了追求岩体“绝对不透气”的不切实际目标，转向“可控微渗”的务实理念。核心是确保在储气库寿命期内，气体的渗漏速率低于经济和安全允许的阈值。这依赖于双重保障：一是利用低渗透性的盖层和围岩作为天然屏障；二是通过人工密封措施（如注浆帷幕、密封衬砌）弥补地质缺陷。规范规定了最大允许工作压力（MAOP）下的渗漏率限值、垫气量设计要求等关键指标。设计需通过渗流-应力耦合数值模拟，预测不同压力、不同地质条件下气体运移范围与渗漏量，并设计相应的监测与补救措施。气体之魂，流场之舞：深度解码储气库内气体热动力学行为与流体力学设计准则，如何保障“吞吐”效率与运行安全热力耦合效应：充放气过程中库内温度剧烈变化对岩体与气体本身的复杂影响机理充气（压缩）是放热过程，可能导致库内局部温度显著升高；排气（膨胀）是吸热过程，又会导致温度骤降。这种周期性的温度波动（可达数十摄氏度）与压力波动耦合，产生复杂的热-力耦合效应。对岩体而言，热应力可能加剧裂隙的开合，影响稳定性和密封性。对气体本身而言，温度变化影响其密度、粘度和压力分布，进而影响流量计算和库容有效性。规范要求在设计阶段必须模拟这一热力耦合过程，评估温度场变化对储气库性能的短期与长期影响，并考虑在极端温度下材料（如井筒、衬砌）的性能变化。0102流动模拟精要：多相流、非达西流及“活塞流”与“窜流”现象的控制与优化设计储气库内气体流动远非理想状态。在孔隙型储库（如含水层）中，涉及气-水两相流，存在复杂的相界面运移与残余水封问题。在高流速或低渗透介质中，流动可能偏离达西定律，呈现非达西流特征。在洞穴型储库中，需要优化进出口位置与形状，控制气体流动形态，理想的“活塞流”能最大限度利用库容并维持稳定压力，而不利的“窜流”或“短路”则会降低效率并可能引起局部侵蚀。规范引导使用计算流体动力学（CFD）等高级模拟工具，对库内流场进行精细化模拟，优化井巷布局和操作策略，确保高效、平稳的气体吞吐。关键设备接口：注采气井、流量控制装置与储气库内部流道的一体化水力设计准则1储气库并非孤立存在，其“咽喉”——注采气井及地面流量控制装置（阀门、调节器）必须与库体内部流道进行一体化水力设计。设计需确保在最大设计流量下，整个流动路径的压力损失在可接受范围内，避免节流效应过强导致能量损失或设备气蚀。同时，需考虑充放电切换、流量急剧变化时的水击效应，防止对井筒和库体结构造成冲击。规范对井筒直径、完井方式、阀门特性曲线与库体流动特性的匹配提出了协调性要求，保障系统级的流体输送效率与操作安全。2万钧之压，分毫之控：聚焦储气库盖层与固岩的力学屏障设计，规范如何构筑防止气体逃逸与地质灾害的双重防线盖层完整性评估：低渗透岩层厚度、横向连续性及断层遮挡效应的量化评价模型盖层是阻止气体垂直向上运移逃逸的关键天然屏障。规范对盖层的评估极其严格。首先要求盖层岩性必须具有极低的渗透率（如厚层泥岩、盐岩、致密灰岩）。其次，对盖层厚度有最低要求，并需通过地震解释和钻井资料确认其横向连续分布，不存在“天窗”或尖灭区。更重要的是，需评估断层对盖层的破坏程度：断层是否切穿盖层？断层带本身的封闭性如何？这需要结合断层活动性、断面压力、断层泥发育情况等进行综合定量评价，构建盖层完整性三维模型，圈定潜在的薄弱区。0102围岩损伤区（EdZ）控制：施工与运行期围岩裂隙发育带的范围预测与加固控制策略无论是挖掘洞穴还是高压注气，都会扰动原始地应力场，在围岩中形成一定范围的“开挖损伤区（EdZ）”或“应力扰动区”。该区域内岩体裂隙发育，渗透性可能成倍增加，是气体沿侧向逃逸的主要通道。规范要求通过数值模拟和现场监测（如声波测试、钻孔电视），预测EdZ的范围和渗透性演化规律。设计需制定针对性控制策略：在施工阶段，采用控制爆破或机械掘进、及时支护等措施最小化损伤；在运行阶段，通过控制压力变化速率、设置合理的最大最小压力限值，防止EdZ进一步扩展，必要时实施帷幕注浆进行加固密封。地质灾害联动防控：高压气体诱发岩体开裂、活化断层、诱发微震的机理与预防设计高压气体的注入相当于对地下岩体施加了一个巨大的附加应力场，存在诱发地质灾害的风险。主要包括：高压气体可能沿原生或次生裂隙劈裂岩体，形成新的渗漏通道；可能降低断层面上的有效正应力，活化原本稳定的断层，诱发有感地震（虽通常震级较小，但需关注）；持续的孔隙压力变化会诱发大量微震事件。规范要求进行专门的地质灾害风险评估，采用流固耦合数值模拟，分析不同注采方案下的断层稳定性与微震活动性。设计上通过优化储气库与断层的距离、控制运行压力上限、建立微震监测网并进行实时反馈调控，来主动防控此类风险。深地迷宫，生命通道：系统阐述储气库井巷工程设计、施工与监测的规范化路径，探索地下复杂空间的工程生命线构建井筒系统工程：注采气井从井身结构、套管程序到固井质量的特殊要求与完整性管理注采气井是连接地面与地下库体的唯一通道，其完整性至关重要。规范对其设计提出了特殊要求：井身结构需适应高压、大流量、交变荷载及可能的腐蚀性环境（如含盐水）；套管程序（表层、技术、生产套管）的强度、钢级和螺纹连接必须经过严格的力学校核，特别是抗内压、抗外挤和抗拉伸的循环疲劳性能；固井质量是防止气体沿环空窜槽的关键，要求全井段优质水泥环密封，并采用声波变密度测井等手段严格评价。此外，规范引入了“井完整性管理”理念，要求设计阶段就规划全寿命期的监测、测试和维护程序。大型地下洞室开挖支护：硬岩洞穴的断面优化、新型支护体系与信息化施工工法对于人工挖掘的硬岩洞穴，其开挖与支护是工程核心。规范强调断面形状（如蛋形、马蹄形）的优化设计，以改善应力分布，减少应力集中。支护体系需采用“主动支护”与“加固围岩”相结合的理念，如高预应力的长锚杆、锚索、喷射钢纤维混凝土等组合支护，形成承载环。大力推行信息化施工法（新奥法理念）：通过系统布设的监控量测点（收敛、应力、位移），实时反馈围岩变形，动态调整支护参数和开挖步骤，实现安全、经济、快速施工。规范对开挖步序、爆破振动控制、支护时机等均有详细规定。连接巷道与硐室设计：保障人员设备通行、通风安全与应急撤离的功能性空间布局除了主储气洞穴，还需配套建设连接巷道、设备硐室、交通洞、通风井等辅助地下工程。规范对这些“生命通道”的设计同样重视。布局上要求流线清晰、互不干扰，满足设备运输、人员巡检、通风换气、安全疏散等多重功能。通风设计需保证在任何工况下，巷道内有毒有害气体浓度低于安全限值，并提供火灾时的排烟能力。安全出口设置必须满足矿山安全规程，确保紧急情况下人员能快速撤离。这些细节设计共同构成了地下工程安全运行的基础保障网络。智能感知，数字孪生：前瞻行业趋势，剖析规范对储气库全周期监测、预警与智能化运维体系构建的前瞻性指引“空-天-地-井”一体化监测网络：涵盖压力、温度、微震、气体浓度、地表变形的多维感知体系规范倡导构建立体化、全方位的监测网络。“空”指利用InSAR卫星遥感技术监测大范围的地表沉降或抬升；“天”和“地”指地面布设的GPS基准站、倾斜仪、气体泄漏检测仪等；“井”指井下安装的永久式压力计、温度计、多级位移计、光纤传感系统以及专门的微震监测阵列。这个网络能同步感知库内压力温度、围岩变形、微震活动、气体泄漏、地表形变等多维信息，形成对储气库状态的“全景扫描”，为稳定性评价和风险预警提供海量数据基础。大数据驱动的状态评估与风险预警模型：从“阈值报警”到“趋势预测”的智能升级传统监测停留在“超标报警”的被动阶段。规范指引向基于大数据的主动预警升级。通过对海量监测数据进行深度挖掘和机器学习，构建储气库健康状态的数字画像，建立反映其“生理特征”的指标体系。进而开发风险预警模型，能够识别异常模式、评估损伤累积趋势、预测潜在故障点（如密封薄弱点、支护失效风险），实现从“事后应对”到“事前预警”的根本转变。例如，通过分析微震事件的时空演化规律，可以预测岩体损伤区的扩展方向。数字孪生体构建：实现储气库设计、施工、运行、退役全流程虚拟映射与仿真决策支持1这是监测预警系统的最高级形态，也是规范所鼓励的未来方向。数字孪生是通过集成地质模型、设计模型、施工记录、实时监测数据以及物理规律（力学、渗流、热力学），在虚拟空间构建一个与实体储气库同步演化、高度保真的动态镜像。它不仅能实时可视化库体状态，更能进行仿真推演：模拟不同注采方案下的库体响应、预测长期性能演化、优化运行策略、演练应急场景。数字孪生将成为一个强大的决策支持平台，实现储气库全生命周期的精细化、智能化管理。2防微杜渐，守土有责：全面规范中储气库环境风险评估、污染防治与生态恢复要求，勾勒绿色地下储能的未来图景地下水保护红线：储气库运行对含水层水质、水位的潜在影响评估与隔离保障措施1地下储气库，尤其是含水层型和盐穴型，与地下水系统关系密切。规范将地下水保护置于环保要求的首位。必须详细勘察评价储气库建设区及影响范围内的水文地质条件，预测高压气体注入是否会导致地下水水质污染（如将深部高矿化度水驱替至浅部）、是否会引起地下水位异常波动。设计上必须采取严格的隔离措施：确保盖层和侧向封闭层的有效性；对可能成为渗漏通道的废弃钻孔进行永久性封堵；设置地下水监测井网，长期监控水质水位变化。一旦发现异常，须有应急预案。2地表生态敏感区避让与扰动最小化设计：施工期噪声、扬尘、废水排放及生态修复要求规范要求储气库地面设施选址和施工活动必须避让生态红线区、自然保护区、水源地等敏感区域。对无法完全避让的，需制定详细的生态影响减缓方案。施工期需严格控制噪声、粉尘、固体废弃物和施工废水的排放，达到环保标准。对于临时占地，施工结束后必须进行土地复垦和植被恢复，恢复其原有生态功能或进行优化。这一系列要求体现了“绿水青山就是金山银山”的理念，确保储能项目在贡献清洁电力的同时，自身也是环境友好的。碳排放与能源效率视角：垫底气管理、泄漏控制与储气库整体能效的协同优化分析从全生命周期碳足迹角度看，储气库本身也存在优化空间。垫底气（为维持最低压力而永久封存在库中的气体）通常使用氮气或空气，但其压缩制备过程消耗电能。规范鼓励优化垫气量设计，在保证安全的前提下尽可能减少。更为关键的是严格控制运行期气体泄漏，因为泄漏的气体（尤其是若使用天然气等）本身就是温室气体。此外，储气库的充放气效率、压力维持能力直接影响整个CAES电站的循环效率。规范通过强调密封性设计、运行优化和监测，间接推动了储气库环节的能效提升和碳减排。0102从蓝图到现实：深度拆解规范在储气库施工、验收及运行维护各环节的关键控制点与标准化作业流程指导基于地质模型的动态施工设计调整机制与关键工序质量控制标准规范强调设计图纸并非一成不变，施工是地质模型的再验证和完善过程。必须建立“地质预报-信息化施工-动态设计”的闭环机制。遇到未预见的不良地质体时，应及时调整开挖方法、支护参数甚至局部设计。规范对关键工序如钻孔精度、爆破效果、支护安装质量、注浆压力与扩散半径、混凝土浇筑质量等，都规定了明确的质量控制标准、检验方法和验收程序。例如，对锚杆的拉拔试验、对衬砌的厚度与强度检测、对注浆效果的压水试验等，都是确保工程质量的关键控制点。多阶段、多方法结合的储气库密封性与承压能力试验（水压试验/气压试验）规程详解在储气库投入使用前，必须对其进行全面的“体检”——密封性与承压能力试验。规范详细规定了试验的阶段性：通常先进行单井（井筒）试验，再进行库群连通试验。方法上，优先采用相对安全的水压试验，向库内注水升压至设计压力并保压，监测水位变化和渗漏情况。在确保基本密封性后，可能进行有限规模的气压试验，更真实地模拟运行工况。试验过程中需密集监测压力、流量、微震、地表变形等参数，通过数据分析精确评估库体的实际密封性能、最大安全承压能力和可能的渗漏路径，为运行压力设定提供最终依据。运行维护规程框架：基于风险的巡检、检测、维护周期与应急预案编制核心要素规范为运行维护提供了标准化的框架。它要求制定基于风险的维护策略：对关键部件（如井口装置、监测设备）和潜在风险区域，确定不同的巡检与检测周期。维护活动包括定期校验仪表、检查防腐层、清理排水设施、测试安全阀等。核心是编制详尽的应急预案，内容须涵盖各种假设事故场景（如压力异常、监测报警、发现泄漏、地震等），明确应急组织、通讯联络、处置程序（如降压、关井、疏散）、资源调配等。定期组织演练，确保应急响应能力。规范的这一部分将设计阶段的安全理念延伸至日常管理，形