Derin kömür madenlerinde pompajlı hidroelektrik santral alt rezervuar su depolama uygulamaları için ana galerilerde duraylılığın incelenmesi

Abstract

Yüksek kapasiteli rüzgar ve güneş enerjisi santrallerinden elde edilen dalgalanmalı yenilenebilir enerjinin elektrik sistemi ağlarına uyumu için büyük ölçekli enerji depolama yöntemleri ve teknolojilerine ihtiyaç duyulmaktadır. Günümüzde yaygın bir şekilde kurulu olan büyük-ölçekli enerji depolama tesisleri rezervuar tabanlı hidroelektrik ve pompaj depolamalı hidroelektrik santrallerden (PHES) oluşmaktadır. PHES tesisleri için, nispeten sınırlı hacimsel depolama yoğunluğu özellikleri nedeniyle, büyük su depolama hacimlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Derin kömür madenleri açıklıklarının büyük hacimsel depolama potansiyelinden yararlanılması için incelemeler yapılmaktadır. Özellikle işletilmekte ve bazı kapanmış olan taşkömürü madenlerinde mevcut olan ana galerilerden PHES tesislerinde büyük hacimli alt rezervuar su depolama açıklıkları olarak yararlanma olanağı bulunmaktadır. Tezin amacı derin kömür madenlerinde PHES projeleri ile ilintili olarak ana galerilerde kaya mühendisliği konularının değerlendirilmesidir. Yeraltı kömür madenleri ana galeri açıklıklarının PHES alt rezervuar depolama hacimleri olarak güvenli ve verimli kullanımı için değerlendirmeler yapılmıştır.Bu kapsamda, önce, büyük ölçekli enerji depolama yöntemleri özetlenmiştir. Elektrik ağları ihtiyaçları için kullanılan pompajlı hidroelektrik enerji depolama yöntemi hakkında ayrıntılı bilgiler verilmiştir. Ardından, kaya malzemesi ve kaya kütlesinin mekanik özellikleri hakkında bilgi verilmiştir. Ayrıca, kaya kütlesi sınıflandırma sistemleri hakkında bilgilendirme yapılmıştır. Duraylılık çözümlemeleri için kullanılan nümerik modellerin şekilleri ve sınır koşulları ile ilgili bilgiler verilmiştir. İncelenen kumtaşı ve silttaşı kayaların özellikleri ve çözümlemelerde kullanılan parametreler verilmiştir. Sonunda, pompajlı hidroelektrik alt rezervuar su depolama amaçlı derin kömür madeni ana galeriler için ayrıntılı duraylılık analizleri yapılmış ve değerlendirilmiştir.

A grid compatible integration of fluctuating renewable energy from high capacity wind and solar energy farms to electricity systems requires large-scale energy storage methods and technologies. Currently widespread large-scale electricity storage installed is reservoir-based hydropower and pumped hydropower energy storage (PHES). Large storage volumes are necessary to deal with the relatively low volumetric storage density property of PHES plants. Investigations are made to benefit from the large volumetric storage potential of deep coal mine openings. Especially, main roadways of active and some closed hard coal mines are available and may be used as large lower reservoir volumetric storage openings for PHES plants. The objective of this thesis is to evaluate rock engineering issues associated with PHES projects in deep coal mine main roadways. Evaluations are made for safe and effective usage of the underground coal mine main roadway openings as PHES lower reservoir storage volumes.In this context, firstly, large-scale energy storage methods are summarized. Detailed information is given about pumped hydropower energy storage method which is significantly used for grid electricity storage requirements. Then, information is presented on rock material and rock mass mechanical properties. Also, instructions about rock mass classification systems are provided. The geometry and boundary conditions of the numerical models used for stability analyses are presented. The properties of the investigated sandstone and siltstone rocks and the parameters used in the analyses are given. Finally, detailed stability analyses of deep coal mine main roadways for pumped hydropower lower reservoir storage are made and evaluated.