楊春和:大地深處,筑造儲能“寶庫”

發(fā)布日期:2024-06-21  來源:中國科學(xué)報

核心提示:一旦發(fā)生戰(zhàn)事,地面上的儲氣罐容易受到空中打擊,有了地下儲氣庫,對方就打不著了!院士爺爺,我說得對嗎?不久前的一次院士進校
“一旦發(fā)生戰(zhàn)事,地面上的儲氣罐容易受到空中打擊,有了地下儲氣庫,對方就打不著了!院士爺爺,我說得對嗎?”

不久前的一次院士進校園科普活動中,面對青少年的提問,中國工程院院士、中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所研究員楊春和欣慰地點點頭說:“你說得很對。不過,地下儲能的意義還不止于此。”

為何藏“能”于地下?

能源安全是國家安全的重要組成部分。保證能源安全必須高度重視儲能安全。儲能的方式有很多,深地儲能是非常重要的一種。

20多年來,楊春和始終專注于做一件事——開展地下鹽穴儲能研究。

“即便是在和平環(huán)境中,我們也需要把能源‘藏’在地下!”楊春和說,我國當(dāng)前的能源結(jié)構(gòu)和能源儲存現(xiàn)狀,決定了我們必須向地下要空間,開展地下儲能。

他曾在多個場合介紹,“深地鹽穴儲能”是地下儲能的重要方式之一,是指利用鹽礦開采后留下的采空區(qū),或者在地下鹽巖中溶出一個巨大的“天然溶洞”,將石油、天然氣、氫氣、氦氣及二氧化碳等能源物質(zhì)儲存其中,具有儲量大、成本低、密封好、使用壽命長等優(yōu)點。

我國是能源消費大國,加快非化石清潔能源的利用,是我國能源結(jié)構(gòu)升級轉(zhuǎn)型和“雙碳”目標實現(xiàn)的重大戰(zhàn)略需求。然而,由于風(fēng)能和太陽能等能源具有典型的地域性且不能連續(xù)穩(wěn)定供給,因此需要將產(chǎn)生的電能儲存起來才能進行充分利用。

怎么儲存?科學(xué)家想了許多辦法,包括抽水蓄能、壓氣蓄能、氫儲能、液流電池儲能等。無論采取哪種辦法,都需要較大的儲存空間。具有體積大、可承受高壓等優(yōu)點的深部地下空間就成了儲能的理想場所。

利用深部地下空間存儲石油能夠規(guī)避經(jīng)濟性差、安全性低、占地面積大等利用地面儲罐儲油方式的缺點,進一步保障石油的安全供給;加快地下儲氣庫建設(shè)也能夠保證長輸管道天然氣平穩(wěn)供給,避免大規(guī)模“氣荒”發(fā)生。

豈可落后于人?

1999年,獲得美國內(nèi)華達大學(xué)地質(zhì)工程博士學(xué)位后,楊春和回國,進入中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所工作,成為該所第一位海歸博士。

當(dāng)時,在美國的石油戰(zhàn)略儲備庫中,共有鹽穴60余口,石油儲存能力超過7億桶。這些石油儲存量不僅保證了美國的能源安全,也奠定了美國在國際油價定價中的主導(dǎo)地位。彼時,我國連一座鹽穴儲備庫都沒有。

“回國后,我發(fā)現(xiàn)我國從事這方面研究的人寥寥無幾。”楊春和說,他在很多場合呼吁重視地下儲能,當(dāng)時中國一些有識之士也逐漸意識到油氣戰(zhàn)略儲能的重要性,一些大型能源企業(yè)提出類似需求,只是苦于國內(nèi)相關(guān)工程一片空白,沒有技術(shù),沒有人才,更沒有成熟的經(jīng)驗可循。

國家需求、產(chǎn)業(yè)需求就是科學(xué)家的研究方向!楊春和決心做“第一個吃螃蟹的人”。

“利用我國鹽礦開采后遺留的采空區(qū),儲存天然氣。”他第一次公開提出這個設(shè)想時,業(yè)界一片嘩然,反對之聲不絕于耳。

有的人認為,中國地質(zhì)結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜,無法完成這方面的工程建設(shè)——我國鹽層屬于層狀結(jié)構(gòu),鹽層厚度小、不溶夾層多,地質(zhì)條件的復(fù)雜程度超乎想象。歐美等發(fā)達經(jīng)濟體的專家們遇到類似地質(zhì)條件,大多直接放棄建庫。

還有的專家從安全角度出發(fā),擔(dān)心地下儲氣庫發(fā)生泄漏、坍塌甚至爆炸等重大安全事故。

面對質(zhì)疑,楊春和沒有過多辯解。他帶著設(shè)備、行李,帶領(lǐng)團隊深入多個省份開展現(xiàn)場調(diào)查,江蘇金壇、湖北潛江、河南平頂山……幅員遼闊的中國版圖上,幾乎所有能用于儲備油氣的鹽巖地下空間,都留下了楊春和團隊的足跡。

通過對大量鹽巖樣本逐個反復(fù)試驗比對、精密計算,經(jīng)過近2000組試驗后,他和團隊成員最終得出一個結(jié)論:中國鹽穴的穩(wěn)定性及密封性,對于地下油氣儲備而言完全可靠,具有安全性和適用性。

“辦法總比困難多。外國人能干的事,中國人一樣能干成;外國人認為不好辦的事,中國人付出更多心血和智慧未必不能干成!鹽穴儲氣庫的關(guān)鍵技術(shù)要掌握在我們自己手中,要建設(shè)我們國家自己的儲氣庫。”楊春和帶領(lǐng)團隊用科學(xué)數(shù)據(jù)證明了中國鹽穴對于地下油氣儲備來說完全可靠。

2003年,我國西氣東輸工程需要建設(shè)配套儲氣庫,楊春和團隊的理論創(chuàng)新終于有了應(yīng)用機會。他建議第一座鹽穴儲氣庫選址在江蘇金壇,利用金壇鹽礦開采后留下的溶腔建庫,可節(jié)約建設(shè)成本1.25億元,節(jié)省建庫時間5年。極具可操作性的專業(yè)意見獲得了有關(guān)部門和單位的支持。

2007年,江蘇金壇儲氣庫正式投產(chǎn)注氣,成為我國乃至亞洲首座地下鹽穴儲氣庫。截至2024年1月19日,“中國鹽穴儲氣第一庫”累計采氣量突破50億立方米,可滿足長三角地區(qū)1600萬戶家庭調(diào)峰期的燃氣需求。這背后,凝聚著楊春和的大量心血。

2015年,金壇儲氣庫發(fā)現(xiàn)微滲層,出現(xiàn)氣體漏失問題。楊春和臨危受命,開展技術(shù)攻關(guān)。

經(jīng)過反復(fù)分析和研判,他和團隊提出一種全新技術(shù)——利用鹽巖重結(jié)晶對儲氣庫進行封堵,并迅速開展金壇儲氣庫關(guān)鍵微滲層的重結(jié)晶課題研究。最終,微滲層封堵難題被成功解決。

“不僅要讓鹽穴儲氣庫在中國落地生根,還要四面開花、結(jié)果。”令楊春和頗為自豪的是,20多年來,他帶領(lǐng)團隊陸續(xù)參與了近10座鹽穴儲氣庫建設(shè)的技術(shù)攻關(guān),為我國西氣東輸一線、二線以及川氣東送工程提供了重要保障。目前,我國90%以上的地下儲氣庫都由該團隊提供技術(shù)支撐。

經(jīng)過幾十年的發(fā)展,目前,我國的地下儲能在世界上處于什么水平?

楊春和坦言,中國和歐美發(fā)達國家都在做研究,美國、德國起步比我們早幾十年,一度遠遠領(lǐng)先于我們?,F(xiàn)在,我們在技術(shù)上和它們基本處于同一水平線。乍一看,大家在“并跑”,但事實上,我國的地質(zhì)環(huán)境比它們要復(fù)雜得多,需要解決的問題的難度也大得多。

他直言,西方地質(zhì)工程領(lǐng)域的科學(xué)家不曾遇到中國這樣復(fù)雜的地質(zhì)條件,因此他們的技術(shù)路線無法解決中國的問題。相反,中國科學(xué)家不僅能夠應(yīng)對國內(nèi)復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境,而且可以相當(dāng)輕松地解決西方國家地下建庫的技術(shù)問題。因此,西方國家的技術(shù)水平和中國不在同一個層級上。

未來如何布局?

“我國地下儲氣庫‘從0到1’任務(wù)已經(jīng)完成,現(xiàn)在我們要對地層進行分類,搞清楚哪些地方適合儲備哪種能源。”除了儲油、儲氣外,近幾年,楊春和還把目光瞄準了儲氫、儲氦。

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氫能具有來源廣、熱值高、無污染、應(yīng)用場景豐富等優(yōu)點,有效利用氫能是解決能源可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。楊春和認為,大規(guī)模儲氫是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

他多次建議湖北省依托省內(nèi)一些地區(qū)豐富的鹽礦資源,建設(shè)規(guī)?;瘹淠軆漤椖?,打造我國中部儲能基地。在他的奔走呼吁下,曾以礦產(chǎn)資源開采而聞名的湖北大冶市在全國率先開展地下儲氫實踐。

2023年3月,大冶市“礦區(qū)綠電綠氫制儲加用一體化氫能礦場綜合建設(shè)項目”正式開工。這是我國首個巖穴儲氫技術(shù)的科研攻關(guān)項目,建成后,將成為全世界第二個洞穴儲氫項目。

“地下空間是座寶庫,按照我們的技術(shù)路線建設(shè),未來合適的地層可以儲油、儲氫、儲氦,實現(xiàn)多場景、多元素綜合應(yīng)用。”楊春和說。

楊春和希望,該項目的開展和技術(shù)瓶頸的突破,能為氫能規(guī)?;?、安全儲存提供技術(shù)保障,為全國深地巖洞儲氫研發(fā)人員提供聯(lián)合試驗基地,為在全國范圍內(nèi)推廣大規(guī)模儲氫提供技術(shù)和標準。 

 
 
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