摘要:一个多世纪以来,地下地质结构一直被用于储存能源和废弃物。世界各地都在使用枯竭的油气田、盐水层或盐岩或结晶岩中的人工洞穴来储存能源流体,以提供需求缓冲和持续的能源供应。我们的能源系统向清洁、可再生能源系统的转变很可能需要扩大这些地下储存活动,以容纳各种各样的能源产品(例如天然气、氢气、热能或二氧化碳等废弃能源产品),以平衡可再生能源供应固有的间歇性。因此,确保这些地下储存作业的安全性和有效性对于实现备受追捧的可再生能源转型并确保能源安全至关重要。
我们使用瑞典和芬兰福斯马克和奥尔基洛托处置库的数据和条件,对结晶岩中的 KBS-3V 处置库设计进行了耦合热-水-力学建模。研究重点关注处置库性能,即热和水力演化对地下处置库开挖的热-机械损坏可能性的影响。对于福斯马克和奥尔基洛托处置库考虑的设计和条件,模拟显示峰值温度远低于采用的性能目标 100 ◦ C 最高温度,而 KBS-3V 废物沉积孔仍有很大的热-机械损坏可能性。如果岩石渗透性太低,以至于推迟了膨润土-粘土基回填物的饱和和膨胀,使其超过热-机械峰值时间(核废料沉积后 50 至 100 年),则更有可能发生热-机械损坏。我们还发现,由于热应力和回填膨胀的共同作用,KBS-3V 安置隧道的侧壁容易受到拉伸断裂的影响。研究强调了膨润土基回填物和围岩之间通过毛细吸力以及诱发的岩石脱饱和作用产生的强烈相互作用。精心设计和选择 KBS-3V 隧道和沉积孔的膨润土基回填材料可以促进及时饱和和回填膨胀,从而最大限度地减少热机械损伤。
我们使用瑞典和芬兰福斯马克和奥尔基洛托处置库的数据和条件,对结晶岩中的 KBS-3V 处置库设计进行了耦合热-水-力学建模。研究重点关注处置库性能,即热和水力演化对地下处置库开挖的热-机械损坏可能性的影响。对于福斯马克和奥尔基洛托处置库考虑的设计和条件,模拟显示峰值温度远低于采用的性能目标 100 ◦ C 最高温度,而 KBS-3V 废物沉积孔仍有很大的热-机械损坏可能性。如果岩石渗透性太低,以至于推迟了膨润土-粘土基回填物的饱和和膨胀,使其超过热-机械峰值时间(核废料沉积后 50 至 100 年),则更有可能发生热-机械损坏。我们还发现,由于热应力和回填膨胀的共同作用,KBS-3V 安置隧道的侧壁容易受到拉伸断裂的影响。研究强调了膨润土基回填物和围岩之间通过毛细吸力以及诱发的岩石脱饱和作用产生的强烈相互作用。精心设计和选择 KBS-3V 隧道和沉积孔的膨润土基回填材料可以促进及时饱和和回填膨胀,从而最大限度地减少热机械损伤。
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