廢棄鹽穴變儲(chǔ)能聚寶盆

新型儲(chǔ)能作為支撐新型能源體系和新型電力系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)，是加快能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要支撐。黨的二十屆三中全會(huì)提出，加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系，完善新能源消納和調(diào)控政策措施。日前，位于湖北省孝感市應(yīng)城市的300MW（兆瓦）壓氣儲(chǔ)能電站示范工程全功率并網(wǎng)發(fā)電，正式啟動(dòng)兩個(gè)地下鹽穴注氣采氣，意味著應(yīng)城300MW鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能電站開(kāi)始商業(yè)運(yùn)行。

變廢為寶

儲(chǔ)能對(duì)于解決新型電力系統(tǒng)“雙高”問(wèn)題（高比例的可再生能源、高比例的電力電子設(shè)備）和新能源發(fā)電的波動(dòng)性、間歇性、不穩(wěn)定性至關(guān)重要。

壓縮空氣儲(chǔ)能是一種新型大規(guī)模電力儲(chǔ)能系統(tǒng)，用于電網(wǎng)削峰填谷、有效平衡供需，提高電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力和安全可靠性，具有大功率、長(zhǎng)時(shí)間、全綠色等特點(diǎn)。具體來(lái)說(shuō)，在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期間，通過(guò)壓縮機(jī)將空氣壓縮成高壓狀態(tài)，儲(chǔ)存至儲(chǔ)氣庫(kù)中，同時(shí)將壓縮熱儲(chǔ)存于儲(chǔ)罐中；在用電高峰期時(shí)釋放儲(chǔ)氣庫(kù)內(nèi)高壓空氣，吸收儲(chǔ)存的壓縮熱后，驅(qū)動(dòng)空氣透平機(jī)組發(fā)電。

近年來(lái)，湖北、江蘇、山東等地紛紛探索鹽穴壓氣儲(chǔ)能技術(shù)。此次并網(wǎng)發(fā)電的湖北應(yīng)城300MW壓氣儲(chǔ)能電站示范工程，是目前已全面投用的單機(jī)功率世界第一、儲(chǔ)能規(guī)模世界第一、轉(zhuǎn)換效率世界第一的300MW鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能電站示范工程。

與壓力容器儲(chǔ)存等方式相比，鹽穴壓氣儲(chǔ)能有何優(yōu)勢(shì)？

“鹽穴是地下鹽層被開(kāi)采后形成的腔穴。不僅密閉性好，而且穩(wěn)定性高，是儲(chǔ)存高壓空氣的理想場(chǎng)所，兼具使用壽命長(zhǎng)、成本低、占地少、安全環(huán)保等諸多優(yōu)勢(shì)。相比興建鋼罐等壓力容器儲(chǔ)存的方式，利用鹽穴等地下洞穴建設(shè)大容量?jī)?chǔ)能電站，將顯著降低原材料、用地等方面的成本?！敝袊?guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所研究員馬洪嶺表示，并非所有的鹽穴都適合壓氣儲(chǔ)能，一是要選擇密閉性好、較為穩(wěn)定、安全性高的鹽穴，對(duì)鹽層厚度和埋深也有一定的要求，并保證有足夠的儲(chǔ)存空間；二是適合壓氣儲(chǔ)能的鹽穴與電站間的距離不能太遠(yuǎn)，距離過(guò)遠(yuǎn)會(huì)降低儲(chǔ)能系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化效率。

湖北應(yīng)城有多年的鹽礦開(kāi)采歷史，地下有豐富的鹽穴資源。據(jù)介紹，應(yīng)城300MW壓氣儲(chǔ)能電站示范工程利用廢棄鹽礦洞穴作為儲(chǔ)氣庫(kù)，打造一個(gè)超級(jí)“充電寶”——單機(jī)功率達(dá)300MW級(jí)，儲(chǔ)能容量達(dá)1500MWh，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率約70%，每天儲(chǔ)能8小時(shí)、釋能5小時(shí)，年均發(fā)電約5億千瓦時(shí)，轉(zhuǎn)化的電量可以滿足75萬(wàn)居民一年的用電需求，能有效應(yīng)對(duì)新能源發(fā)電的波動(dòng)性、間歇性和隨機(jī)性，將對(duì)湖北省電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和新能源消納發(fā)揮重要作用。

突破難關(guān)

“地上工程決定好壞，地下工程決定成敗。”這是專家們對(duì)鹽穴壓氣儲(chǔ)能工程的一致看法。壓氣儲(chǔ)能的效率由地上工程決定，但深地儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)卻是壓氣儲(chǔ)能工程最終能否實(shí)現(xiàn)的決定性因素。

湖北應(yīng)城項(xiàng)目鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)地質(zhì)條件復(fù)雜，大口徑注采井鉆完井難度大。中國(guó)工程院院士、中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所研究員楊春和團(tuán)隊(duì)與數(shù)科集團(tuán)深地技術(shù)科研團(tuán)隊(duì)、中石油等多家單位協(xié)同，經(jīng)過(guò)聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)與實(shí)驗(yàn)論證，不斷優(yōu)化利用方案、鉆井工程系統(tǒng)方案，成功攻克復(fù)雜鹽穴空間高效利用成套技術(shù)、數(shù)智化選址技術(shù)，并在世界范圍內(nèi)首次利用水平壓裂形成的鹽穴水平老腔開(kāi)展地下儲(chǔ)能，首次實(shí)現(xiàn)了高位注氣、低位排鹵的沉渣空隙儲(chǔ)氣擴(kuò)容新方案。

楊春和介紹，目前鹽穴的造腔方式主要有單井單腔和水平對(duì)接井。壓裂形成的鹽穴老腔具有形態(tài)差、難利用的特點(diǎn)。武漢巖土所利用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，論證出腔體具有良好的密封性，具備利用潛力。實(shí)踐證明了水平壓裂形成的鹽穴水平老腔可以用于地下儲(chǔ)能，為我國(guó)鹽穴采空區(qū)的大規(guī)模利用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

“我國(guó)的層狀鹽巖不同于國(guó)外的鹽丘，在造腔過(guò)程中會(huì)形成大量的沉渣并占據(jù)鹽穴空間，無(wú)法利用其下部的沉渣空隙體積。不僅是儲(chǔ)高壓氣體，在儲(chǔ)氫、儲(chǔ)氦領(lǐng)域都面臨著鹽穴上部有效空間太小、經(jīng)濟(jì)效益受限的問(wèn)題。因此，我們探尋沉渣空隙儲(chǔ)氣擴(kuò)容的新方案?！睏畲汉捅硎?，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，研究團(tuán)隊(duì)論證了新方案的可行性，實(shí)現(xiàn)了鹽穴沉渣空間利用“零的突破”，鹽穴地下空間利用率從20%提高到了70%以上，有效降低了工程造價(jià)并縮短了建設(shè)工期。

據(jù)了解，鹽穴壓氣儲(chǔ)能相關(guān)技術(shù)已全面應(yīng)用于我國(guó)目前在建及擬建的鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能電站，包括湖南衡陽(yáng)、河南平頂山、江蘇淮安、江西樟樹(shù)、云南安寧、陜西榆林、山東泰安、四川自貢等地的18座鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能電站，累計(jì)總功率達(dá)1950MW。

如何布局

近年來(lái)，隨著我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，可再生能源在能源體系中的占比逐漸增加，對(duì)加快儲(chǔ)能建設(shè)提出了更高的要求。

2024年，我國(guó)新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模突破7000萬(wàn)千瓦。截至2024年底，全國(guó)已建成投運(yùn)新型儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)7376萬(wàn)千瓦，較2023年底增長(zhǎng)超過(guò)130%。新型儲(chǔ)能調(diào)度運(yùn)用水平持續(xù)提升，2024年新型儲(chǔ)能等效利用小時(shí)數(shù)約1000小時(shí)。

深部?jī)?chǔ)能可以大幅度提高能源儲(chǔ)備能力，是保障我國(guó)能源安全的重大戰(zhàn)略需求。我國(guó)鹽礦資源豐富，存在大量鹽礦地下采空區(qū)，利用已有老腔不僅能夠避免鹽礦采空區(qū)沉陷、垮塌等地質(zhì)災(zāi)害，還將鹽礦采空區(qū)變成地下空間資源，變廢為寶，實(shí)現(xiàn)了鹽礦地下采空區(qū)的資源化利用。

“當(dāng)前我國(guó)地下儲(chǔ)氣庫(kù)‘從0到1’任務(wù)已經(jīng)完成，現(xiàn)在我們要對(duì)地層進(jìn)行分類，搞清楚哪些地方適合儲(chǔ)備哪種能源?！背藘?chǔ)油、儲(chǔ)氣外，近幾年，楊春和還把目光瞄準(zhǔn)了儲(chǔ)氫、儲(chǔ)氦。

氫能具有來(lái)源廣、熱值高、無(wú)污染、應(yīng)用場(chǎng)景豐富等優(yōu)點(diǎn)，有效利用氫能是實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的有效途徑?！鞍凑占夹g(shù)路線建設(shè)，未來(lái)合適的地層可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)油、儲(chǔ)氫、儲(chǔ)氦，實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)景、多元素綜合應(yīng)用?！睏畲汉驼J(rèn)為，大規(guī)模儲(chǔ)氫是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是我國(guó)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要戰(zhàn)略選擇。鹽穴因其具有密封性能好、儲(chǔ)氫規(guī)模大、成本低、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，是最具潛力的儲(chǔ)氫方式。 （經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)記者 李思雨）