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楊春和:大地深處,筑造儲(chǔ)能“寶庫(kù)”

發(fā)布日期:2024-06-21  來(lái)源:中國(guó)科學(xué)報(bào)

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

不久前的一次院士進(jìn)校園科普活動(dòng)中,面對(duì)青少年的提問(wèn),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欣慰地點(diǎn)點(diǎn)頭說(shuō):“你說(shuō)得很對(duì)。不過(guò),地下儲(chǔ)能的意義還不止于此。”

為何藏“能”于地下?

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

20多年來(lái),楊春和始終專(zhuān)注于做一件事——開(kāi)展地下鹽穴儲(chǔ)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(shuō),我國(guó)當(dāng)前的能源結(jié)構(gòu)和能源儲(chǔ)存現(xiàn)狀,決定了我們必須向地下要空間,開(kāi)展地下儲(chǔ)能。

他曾在多個(gè)場(chǎng)合介紹,“深地鹽穴儲(chǔ)能”是地下儲(chǔ)能的重要方式之一,是指利用鹽礦開(kāi)采后留下的采空區(qū),或者在地下鹽巖中溶出一個(gè)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(chǔ)存其中,具有儲(chǔ)量大、成本低、密封好、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

我國(guó)是能源消費(fèi)大國(guó),加快非化石清潔能源的利用,是我國(guó)能源結(jié)構(gòu)升級(jí)轉(zhuǎn)型和“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重大戰(zhàn)略需求。然而,由于風(fēng)能和太陽(yáng)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(chǔ)存起來(lái)才能進(jìn)行充分利用。

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

利用深部地下空間存儲(chǔ)石油能夠規(guī)避經(jīng)濟(jì)性差、安全性低、占地面積大等利用地面儲(chǔ)罐儲(chǔ)油方式的缺點(diǎn),進(jìn)一步保障石油的安全供給;加快地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)也能夠保證長(zhǎng)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(guó)內(nèi)華達(dá)大學(xué)地質(zhì)工程博士學(xué)位后,楊春和回國(guó),進(jìn)入中國(guó)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(shí),在美國(guó)的石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備庫(kù)中,共有鹽穴60余口,石油儲(chǔ)存能力超過(guò)7億桶。這些石油儲(chǔ)存量不僅保證了美國(guó)的能源安全,也奠定了美國(guó)在國(guó)際油價(jià)定價(jià)中的主導(dǎo)地位。彼時(shí),我國(guó)連一座鹽穴儲(chǔ)備庫(kù)都沒(méi)有。

“回國(guó)后,我發(fā)現(xiàn)我國(guó)從事這方面研究的人寥寥無(wú)幾。”楊春和說(shuō),他在很多場(chǎng)合呼吁重視地下儲(chǔ)能,當(dāng)時(shí)中國(guó)一些有識(shí)之士也逐漸意識(shí)到油氣戰(zhàn)略儲(chǔ)能的重要性,一些大型能源企業(yè)提出類(lèi)似需求,只是苦于國(guó)內(nèi)相關(guān)工程一片空白,沒(méi)有技術(shù),沒(méi)有人才,更沒(méi)有成熟的經(jīng)驗(yàn)可循。

國(guó)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(gè)吃螃蟹的人”。

“利用我國(guó)鹽礦開(kāi)采后遺留的采空區(qū),儲(chǔ)存天然氣。”他第一次公開(kāi)提出這個(gè)設(shè)想時(shí),業(yè)界一片嘩然,反對(duì)之聲不絕于耳。

有的人認(rèn)為,中國(guó)地質(zhì)結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜,無(wú)法完成這方面的工程建設(shè)——我國(guó)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(dá)經(jīng)濟(jì)體的專(zhuān)家們遇到類(lèi)似地質(zhì)條件,大多直接放棄建庫(kù)。

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

面對(duì)質(zhì)疑,楊春和沒(méi)有過(guò)多辯解。他帶著設(shè)備、行李,帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)深入多個(gè)省份開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,江蘇金壇、湖北潛江、河南平頂山……幅員遼闊的中國(guó)版圖上,幾乎所有能用于儲(chǔ)備油氣的鹽巖地下空間,都留下了楊春和團(tuán)隊(duì)的足跡。

通過(guò)對(duì)大量鹽巖樣本逐個(gè)反復(fù)試驗(yàn)比對(duì)、精密計(jì)算,經(jīng)過(guò)近2000組試驗(yàn)后,他和團(tuán)隊(duì)成員最終得出一個(gè)結(jié)論:中國(guó)鹽穴的穩(wěn)定性及密封性,對(duì)于地下油氣儲(chǔ)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(guó)人能干的事,中國(guó)人一樣能干成;外國(guó)人認(rèn)為不好辦的事,中國(guó)人付出更多心血和智慧未必不能干成!鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)的關(guān)鍵技術(shù)要掌握在我們自己手中,要建設(shè)我們國(guó)家自己的儲(chǔ)氣庫(kù)。”楊春和帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)用科學(xué)數(shù)據(jù)證明了中國(guó)鹽穴對(duì)于地下油氣儲(chǔ)備來(lái)說(shuō)完全可靠。

2003年,我國(guó)西氣東輸工程需要建設(shè)配套儲(chǔ)氣庫(kù),楊春和團(tuán)隊(duì)的理論創(chuàng)新終于有了應(yīng)用機(jī)會(huì)。他建議第一座鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)選址在江蘇金壇,利用金壇鹽礦開(kāi)采后留下的溶腔建庫(kù),可節(jié)約建設(shè)成本1.25億元,節(jié)省建庫(kù)時(shí)間5年。極具可操作性的專(zhuān)業(yè)意見(jiàn)獲得了有關(guān)部門(mén)和單位的支持。

2007年,江蘇金壇儲(chǔ)氣庫(kù)正式投產(chǎn)注氣,成為我國(guó)乃至亞洲首座地下鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)。截至2024年1月19日,“中國(guó)鹽穴儲(chǔ)氣第一庫(kù)”累計(jì)采氣量突破50億立方米,可滿足長(zhǎng)三角地區(qū)1600萬(wàn)戶家庭調(diào)峰期的燃?xì)庑枨蟆_@背后,凝聚著楊春和的大量心血。

2015年,金壇儲(chǔ)氣庫(kù)發(fā)現(xiàn)微滲層,出現(xiàn)氣體漏失問(wèn)題。楊春和臨危受命,開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)。

經(jīng)過(guò)反復(fù)分析和研判,他和團(tuán)隊(duì)提出一種全新技術(shù)——利用鹽巖重結(jié)晶對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)進(jìn)行封堵,并迅速開(kāi)展金壇儲(chǔ)氣庫(kù)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(chǔ)氣庫(kù)在中國(guó)落地生根,還要四面開(kāi)花、結(jié)果。”令楊春和頗為自豪的是,20多年來(lái),他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)陸續(xù)參與了近10座鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)的技術(shù)攻關(guān),為我國(guó)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(guó)90%以上的地下儲(chǔ)氣庫(kù)都由該團(tuán)隊(duì)提供技術(shù)支撐。

經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,目前,我國(guó)的地下儲(chǔ)能在世界上處于什么水平?

楊春和坦言,中國(guó)和歐美發(fā)達(dá)國(guó)家都在做研究,美國(guó)、德國(guó)起步比我們?cè)鐜资辏欢冗h(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于我們。現(xiàn)在,我們?cè)诩夹g(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(shí)上,我國(guó)的地質(zhì)環(huán)境比它們要復(fù)雜得多,需要解決的問(wèn)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(guó)這樣復(fù)雜的地質(zhì)條件,因此他們的技術(shù)路線無(wú)法解決中國(guó)的問(wèn)題。相反,中國(guó)科學(xué)家不僅能夠應(yīng)對(duì)國(guó)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(guó)家地下建庫(kù)的技術(shù)問(wèn)題。因此,西方國(guó)家的技術(shù)水平和中國(guó)不在同一個(gè)層級(jí)上。

未來(lái)如何布局?

“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(lèi),搞清楚哪些地方適合儲(chǔ)備哪種能源。”除了儲(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。

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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),有效利用氫能是解決能源可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。楊春和認(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)。

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)模化氫能儲(chǔ)備項(xiàng)目,打造我國(guó)中部?jī)?chǔ)能基地。在他的奔走呼吁下,曾以礦產(chǎn)資源開(kāi)采而聞名的湖北大冶市在全國(guó)率先開(kāi)展地下儲(chǔ)氫實(shí)踐。

2023年3月,大冶市“礦區(qū)綠電綠氫制儲(chǔ)加用一體化氫能礦場(chǎng)綜合建設(shè)項(xiàng)目”正式開(kāi)工。這是我國(guó)首個(gè)巖穴儲(chǔ)氫技術(shù)的科研攻關(guān)項(xiàng)目,建成后,將成為全世界第二個(gè)洞穴儲(chǔ)氫項(xiàng)目。

“地下空間是座寶庫(kù),按照我們的技術(shù)路線建設(shè),未來(lái)合適的地層可以儲(chǔ)油、儲(chǔ)氫、儲(chǔ)氦,實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)景、多元素綜合應(yīng)用。”楊春和說(shuō)。

楊春和希望,該項(xiàng)目的開(kāi)展和技術(shù)瓶頸的突破,能為氫能規(guī)模化、安全儲(chǔ)存提供技術(shù)保障,為全國(guó)深地巖洞儲(chǔ)氫研發(fā)人員提供聯(lián)合試驗(yàn)基地,為在全國(guó)范圍內(nèi)推廣大規(guī)模儲(chǔ)氫提供技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。 

 
 
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