地下儲能又被稱(chēng)為深部地下儲能或深地儲能，是指利用深部鹽穴、采空區、廢棄礦坑等深部地下空間，將石油、天然氣、氫氣及二氧化碳等能源或能源物質(zhì)儲存在深部地層中。利用深部地下空間進(jìn)行大規模能源儲備是國際能源儲備的主要方式，對確保國家能源安全、戰略物資安全及“雙碳”目標實(shí)現等具有重要意義。

“深地儲能是未來(lái)能源儲備發(fā)展的重要方向，是解決傳統石油戰略?xún)?、天然氣調峰保安、可再生能源持續供給和未來(lái)氫能大規模高效利用的必由之路?！苯?，香山科學(xué)會(huì )議第748次學(xué)術(shù)討論會(huì )在京召開(kāi)，會(huì )議執行主席、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在會(huì )上表示，“大力發(fā)展深地儲能是實(shí)現中國碳中和和能源結構轉型升級的關(guān)鍵?！?/span>

在此次香山科學(xué)會(huì )議上，多位院士、專(zhuān)家、學(xué)者聚焦地下儲能領(lǐng)域的核心難點(diǎn)，梳理深部地下空間能源儲備擬重點(diǎn)解決的核心科學(xué)問(wèn)題和重大技術(shù)瓶頸，形成了相應的技術(shù)路線(xiàn)圖，為未來(lái)地下儲能的工業(yè)化發(fā)展奠定基礎。

地下儲能究竟是什么？

為何要推動(dòng)地下儲能工業(yè)化發(fā)展？

地下儲能的技術(shù)難點(diǎn)又有哪些？

揭開(kāi)地下儲能的“面紗”

會(huì )議執行主席、中國工程院院士、山東大學(xué)校長(cháng)李術(shù)才介紹，地下儲能又被稱(chēng)為深部地下儲能或深地儲能，是指利用深部鹽穴、采空區、廢棄礦坑等深部地下空間，將石油、天然氣、氫氣及二氧化碳等能源或能源物質(zhì)儲存在深部地層中。

利用深部地下空間進(jìn)行大規模能源儲備是國際能源儲備的主要方式，對確保國家能源安全、戰略物資安全及“雙碳”目標實(shí)現等具有重要意義。

以石油為例，目前的石油儲存方式主要包括地面儲罐、鹽穴和硬巖洞儲存，其中利用鹽穴進(jìn)行原油儲存是世界上許多國家采取的主要方式。

楊春和介紹，在美國的多個(gè)始建于20世紀七八十年代的石油戰略?xún)鋷熘?，共有鹽穴60余口、石油儲存能力超過(guò)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(jià)定價(jià)中的主導地位。

德國的儲備油品主要包括原油、汽油、柴油、重油等，其中原油主要儲存在地下鹽穴中。德國的石油儲備庫除了作為戰略?xún)鋷焓褂靡酝?，還會(huì )根據國際市場(chǎng)油價(jià)的變化，利用剩余庫容為客戶(hù)提供儲存服務(wù)。而法國早在1925年就以法律形式建立了石油儲備制度，法國的石油儲備庫由1個(gè)地下鹽穴庫和遍布全國的地上儲油庫組成。

為何各國地下儲能都選擇了鹽穴？鹽巖具有物性穩定、滲透率低、損傷自修復、易溶于水和分布廣等特征，是大規模能源儲備的理想地質(zhì)體。利用鹽巖地層儲能是今后我國實(shí)施大規模能源儲備的優(yōu)先發(fā)展方向。

我國鹽礦地質(zhì)賦存條件復雜，因此首先選擇在地質(zhì)條件相對簡(jiǎn)單和優(yōu)越的江蘇金壇鹽礦開(kāi)展鹽穴儲庫建設，立足自主研發(fā)，克服難溶夾層和地質(zhì)非均質(zhì)性等困難，突破了一系列技術(shù)瓶頸，獲得了巨大的成功，初步構建了我國鹽穴儲庫首個(gè)技術(shù)標準體系，形成了我國鹽穴建庫的“金壇模式”。該模式對鹽穴儲庫場(chǎng)址建設、造腔目的層優(yōu)選、造腔方式及注氣排鹵工藝改進(jìn)等提供了重要借鑒和工程示范。

地下是儲能的理想場(chǎng)所

為什么要將能源“藏”在地下？是地面設備無(wú)法滿(mǎn)足能源的儲備需求了嗎？事實(shí)上，地下儲能的優(yōu)勢，恰好在于“地下”二字。

當然，要理解地下儲能的必要性與重要性，必須先了解我國當前能源結構與能源儲存現狀。

自2017年起，我國推動(dòng)能源系統低碳改革的政策力度逐漸加大，已初步形成了煤炭、電力、石油、天然氣、新能源全面發(fā)展的供給體系。近年來(lái)，煤炭作為我國能源消費的主體地位保持不變，但其在能源消費的占比呈現出逐年降低的趨勢。以天然氣和非化石能源構成的清潔能源占比增加顯著(zhù)，由2015年的17.9%增加到2022年的25.9%。其中，風(fēng)能、光能、地熱等非化石能源占比從2015年的11%增加到2022年的17.5%。

楊春和表示，加快非化石清潔能源的利用，是全球能源發(fā)展的大趨勢，也是我國能源發(fā)展的優(yōu)先方向。然而，由于風(fēng)能和太陽(yáng)能等具有典型的地域性且不能連續穩定供給，給電網(wǎng)穩定運行帶來(lái)了一定的挑戰，制約著(zhù)可再生清潔能源的快速發(fā)展。多年來(lái)，我國一直存在棄風(fēng)棄光現象。

如何提高可再生能源的利用效率，把棄掉的電能儲存起來(lái)？為此，科學(xué)家想了許多辦法，包括抽水蓄能、壓氣蓄能、液流電池儲能等。然而，無(wú)論是壓氣蓄能還是液流電池儲能，都需要較大的儲存空間，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能的理想場(chǎng)所。

目前，國外已有利用深部鹽礦采空區開(kāi)展液流電池儲能實(shí)驗的相關(guān)報道，為利用液流電池進(jìn)行大規模儲能提供了思路。

當然，對于氫能、石油、天然氣等能源的儲存需求，廣闊的深部地下也是“來(lái)者不拒”。

楊春和介紹，氫能是解決能源可持續發(fā)展的有效途徑，具有來(lái)源廣、熱值高、無(wú)污染、應用場(chǎng)景豐富等優(yōu)點(diǎn)。氫氣的分子量相比于天然氣更小，這意味著(zhù)氫氣的存儲需要更多的空間且存儲空間需具有更好的密封性。因此，深部地下鹽穴為大規模氫能儲備提供了良好的環(huán)境。

另外，利用深部地下空間存儲石油能夠規避經(jīng)濟性差、安全性低、占地面積大等利用地面儲罐儲油的缺點(diǎn)，進(jìn)一步保障石油的安全供給；加快地下儲氣庫建設也能夠保證長(cháng)輸管道天然氣平穩供給，避免大規?！皻饣摹钡陌l(fā)生。

以技術(shù)創(chuàng )新破解儲能難題

地下儲能優(yōu)勢明顯，因此推進(jìn)地下儲能技術(shù)創(chuàng )新就變得十分重要。

多年來(lái)，我國在深部地下空間儲能方面已經(jīng)進(jìn)行了深入的研究，并積累了較為豐富的實(shí)踐經(jīng)驗，但在儲能庫選址、建庫、儲存等環(huán)節上仍有一些問(wèn)題待解。例如，深地儲能介質(zhì)與圍巖體多尺度相互作用機理不清楚、深地儲能庫滲漏災變時(shí)空演化機理不明確、深地儲能庫長(cháng)期穩定性及庫群相互作用機理有待開(kāi)展有針對性的研究、低滲圍巖體多尺度滲透性測試技術(shù)亟待發(fā)展等。

楊春和補充說(shuō)，要利用中國層狀鹽巖進(jìn)行大規模能源儲備，亟須解決低滲介質(zhì)多場(chǎng)耦合條件下多尺度漸進(jìn)破壞、儲能庫滲漏災變和長(cháng)期功能劣化等關(guān)鍵理論研究難點(diǎn)；同時(shí)，需要開(kāi)展層狀鹽巖多尺度滲透率測試、儲能庫智能建造、長(cháng)期功能保障等系列關(guān)鍵技術(shù)研究，為我國實(shí)施大規模能源儲備提供理論和技術(shù)保障。

本次香山科學(xué)會(huì )議中，中國工程院院士李陽(yáng)、中國工程院院士孫煥泉、中國工程院院士趙文智和中國工程院院士李根生以及其他與會(huì )專(zhuān)家針對儲能庫建設、安全運維、二氧化碳地質(zhì)封存關(guān)鍵技術(shù)等問(wèn)題發(fā)表了意見(jiàn)和建議，梳理了現存問(wèn)題與挑戰，并提出了具有針對性的應對措施，共同繪制了地下儲能技術(shù)路線(xiàn)圖。(科技日報 實(shí)習記者 駱香茹)

來(lái)源： 國家能源局網(wǎng)站

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