压气储能(compressed air energy storage,简称CAES)是一种大规模储存能源技术。压缩空气储能应用前景广阔,具有容量大、储存周期长、经济性能好、安全可靠等优点。本文以拟建设的湖南平江压气储能地下储气试验库为研究对象,基于试验库空间设计结构及其围岩地质条件建立三维数值模型,并采用热力耦合数值分析方法,对平江压气储能试验库在充、放气温度和压力循环作用下的受力特性进行深入研究。主要研究成果如下:1.在试验库空气压力及温度循环作用下,试验库洞壁3m以内附近位置测点的温度、位移及应力呈现显著的周期性变化特点;3m以外围岩中测点温度、位移和应力周期性变化特征不明显。洞壁0.5m以内围岩温度变化与压缩空气温度基本保持同步,距离洞壁0.5m以外围岩温度变化滞后现象明显。2.试验库结构的应力和变形受温度因素影响显著:考虑温度应力条件下,充放气时测点位移值比不考虑温度应力时的略大,差别在0～0.5mm左右;洞壁附近测点第一、三主应力在考虑温度应力和不考虑温度应力影响下的数值接近,而围岩中的应力值相差相对较大,差别在0～0.8MPa左右。3.试验库处于最大压力作用时,压缩空气与密封层的热交换作用导致大部分位置的洞壁温度升高至38℃左右,密封层靠近堵头拐角处的温度可达到58℃。密封层压应力一般在10.OMPa左右,局部应力集中同样出现在密封层靠近堵头拐角处,约14.1MPa,拉应力相对较小,一般在2MPa左右。混凝土衬砌和围岩中分别产生了最大约为10MPa和7MPa的压应力,拉应力相对较小,约为1.8MPa和0.6MPa。试验库各结构层径向位移的最大值均小于1mm,试验库在正常运营状态下的安全稳定性较好。4.密封层材料性质(材料类型不同)对试验库温度、应力及变形变化的影响显著:试验库处于最大储气压力时,橡胶密封层的温度是密封层为玻璃钢和钢板时的2～3倍,采用橡胶密封层时围岩温度的增量最小。橡胶密封层的变形量最大,采用钢板密封层时围岩的径向位移值最小。钢板密封层内表面受到的环向拉应力最大,密封层材料为玻璃钢和橡胶时,洞壁处拉应力较小,压应力与压缩空气压力基本相同。密封层材料的不同对较远处围岩的压应力分布及数值影响较小。综合考虑试验库的受力、变形及经济性等因素,采用玻璃钢作为密封层最合适。