科創(chuàng)｜解鎖“地下寶藏”，破解氫能儲(chǔ)存“卡脖子”難題

數(shù)千萬(wàn)年前形成的鹽礦，經(jīng)過開采后在地下形成一個(gè)個(gè)鹽穴。如今，隨著新型儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，這些原本閑置的地下鹽穴，正在化身為儲(chǔ)存能源的巨型“倉(cāng)庫(kù)”。

近日，由中鹽集團(tuán)與清華大學(xué)等單位合作的“大規(guī)模鹽穴儲(chǔ)氫”主體工程在常州正式開工建設(shè)。這標(biāo)志著我國(guó)在基于鹽穴的大規(guī)模儲(chǔ)氫領(lǐng)域邁出了關(guān)鍵一步。

為什么用鹽穴來(lái)儲(chǔ)氫?為何選擇落地常州?帶著這些疑問，新華日?qǐng)?bào)·交匯點(diǎn)記者采訪到該項(xiàng)工程的氫能和儲(chǔ)能專家。

鹽穴：地質(zhì)演化饋贈(zèng)的天然儲(chǔ)庫(kù)

“大規(guī)模鹽穴儲(chǔ)氫”項(xiàng)目屬于國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，由中鹽集團(tuán)和清華大學(xué)合作，聯(lián)合中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)、中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所、天津大學(xué)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)等多家單位共同開展。該項(xiàng)目將形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鹽穴儲(chǔ)氫全套技術(shù)體系，以推動(dòng)鹽穴儲(chǔ)氫的規(guī)?；a(chǎn)業(yè)應(yīng)用。

記者注意到，儲(chǔ)氫的載體是鹽穴。那什么是鹽穴?“所謂鹽穴，是指利用水溶開采方式在地下較厚的鹽層或鹽丘中形成的人造地下洞穴。這些人工構(gòu)建的空腔具有良好的密封性和穩(wěn)定性，成為石油、天然氣、壓縮空氣等能源儲(chǔ)存的理想場(chǎng)所。”江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院正高級(jí)工程師劉志宏解釋說。

鹽穴具體是如何形成的?他告訴《科技周刊》記者，可食用的鹽包括海鹽和巖鹽，巖鹽是在自然過程中沉積形成的，人們?cè)诓杉瘞r鹽時(shí)，將水注入地下巖鹽層，使巖鹽溶解為鹵水后抽出，地下的鹽穴就由此形成。與傳統(tǒng)為采鹽而采鹽不同，現(xiàn)代鹽穴開采過程需提前按儲(chǔ)氣需求進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，從腔體形狀到安全礦柱預(yù)留，都需保障后續(xù)儲(chǔ)氣的安全可靠。

劉志宏介紹，鹽穴的作用分為幾種，一是儲(chǔ)氣，如天然氣和氫氣;二是儲(chǔ)能，主要是壓縮空氣儲(chǔ)能。而本次開工的項(xiàng)目就是“鹽穴儲(chǔ)氫”。

“鹽穴儲(chǔ)氫就是將氫氣儲(chǔ)存在地下幾百米甚至上千米的鹽穴中?！眲⒅竞瓯硎?，“儲(chǔ)”是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)。作為全球最大的制氫國(guó)，我國(guó)在儲(chǔ)氫環(huán)節(jié)仍存在補(bǔ)短板需求。而依托深層巖鹽構(gòu)造，鹽穴儲(chǔ)氫具備儲(chǔ)量大、密封性強(qiáng)、安全性高等顯著優(yōu)勢(shì)。其規(guī)?；瘜?shí)施，將有效提升我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)鏈的完整性、安全性與自主性。

“鹽穴儲(chǔ)氫，被認(rèn)為是大規(guī)模氫氣地下儲(chǔ)存最佳方式。”中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所助理研究員謝同洲也表示，鹽穴儲(chǔ)量大、密封性能好，單個(gè)鹽穴有效儲(chǔ)氫空間可達(dá)20萬(wàn)至40萬(wàn)立方米，比如本次項(xiàng)目完工后預(yù)計(jì)將儲(chǔ)存3000萬(wàn)立方米的氫氣。中國(guó)工程院院士錢七虎則認(rèn)為，這次主體工程將地下鹽穴空間轉(zhuǎn)化為氫能產(chǎn)業(yè)的“能量寶庫(kù)”，打造鹽穴儲(chǔ)氫創(chuàng)新范式，將在全球氫能存儲(chǔ)領(lǐng)域發(fā)出響亮的“中國(guó)聲音”。

“‘大規(guī)模鹽穴儲(chǔ)氫’主體工程的開工，是我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展史上的重要事件。”國(guó)家能源局科技司原副司長(zhǎng)劉亞芳在開工儀式上評(píng)價(jià)，該項(xiàng)目填補(bǔ)了我國(guó)大規(guī)模鹽穴儲(chǔ)氫領(lǐng)域的空白，同時(shí)將為破解氫能氣態(tài)儲(chǔ)存領(lǐng)域的“卡脖子”技術(shù)難題提供實(shí)踐樣本。

鹽穴儲(chǔ)氣儲(chǔ)能，江蘇有先發(fā)優(yōu)勢(shì)

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃大規(guī)模地質(zhì)儲(chǔ)氫項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、清華大學(xué)教授梅生偉介紹，此次開工的“大規(guī)模鹽穴儲(chǔ)氫”主體工程規(guī)劃新建2組鹽穴，形成2口注采氫井和2口注排鹵井，作為大規(guī)模地質(zhì)儲(chǔ)氫試驗(yàn)驗(yàn)證的工程載體，開展循環(huán)儲(chǔ)釋氫性能試驗(yàn)。

在鹽穴儲(chǔ)氣領(lǐng)域，江蘇是國(guó)內(nèi)起步最早、布局最全的地區(qū)之一。擁有豐富的可再生能源資源，成熟的輸氣管路，并且擁有金壇、徐州師寨以及淮安等多處豐富的鹽礦、鹽穴資源。

“如果鹽穴空腔形態(tài)像梨形，這樣的形狀用于儲(chǔ)氣，是最穩(wěn)定安全的。常州市金壇區(qū)的鹽巖層厚度大、質(zhì)量好，適宜建造鹽穴，在金壇的地下800米左右，就有這樣一個(gè)梨形的空間?！睂?duì)于主體工程為何選址江蘇常州，劉志宏解釋說。

他告訴記者，常州市金壇區(qū)擁有豐富的鹽礦資源，金壇鹽礦覆蓋面積達(dá)60.5平方千米。鹽層厚度大、夾層少、品位高，金壇鹽穴深1000米以上，遠(yuǎn)低于地下含水層，降水對(duì)地下儲(chǔ)氫鹽穴的安全影響可忽略不計(jì)，是建設(shè)地下鹽穴儲(chǔ)氫庫(kù)的良好場(chǎng)所。此外，金壇鹽穴泥巖蓋層具有良好的密封性，在縱向和橫向均具有穩(wěn)定的區(qū)域構(gòu)造和良好的存儲(chǔ)性，

梅生偉也表示，常州市金壇區(qū)在鹽穴綜合利用方面具備長(zhǎng)期的技術(shù)積累和成熟的工程能力，作為我國(guó)最早建設(shè)鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)的地區(qū)，開展單位之一中鹽集團(tuán)擁有先進(jìn)的勘探、施工、設(shè)計(jì)、造腔、運(yùn)行及監(jiān)測(cè)等整一整套鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)技術(shù)和豐富的工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。

此前，金壇已在鹽穴資源綜合利用領(lǐng)域探索實(shí)踐多年，取得多項(xiàng)前沿成果和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。早在2007年，常州市金壇區(qū)便建成了亞洲首個(gè)儲(chǔ)天然氣鹽穴，目前已布局幾十口儲(chǔ)氣井，承擔(dān)著國(guó)家管網(wǎng)“西氣東輸”調(diào)峰保供的關(guān)鍵功能。目前，常州市金壇區(qū)的鹽穴儲(chǔ)氣項(xiàng)目還在逐年增加，整個(gè)區(qū)域的儲(chǔ)氣井規(guī)劃超百口近數(shù)十億立方米的庫(kù)容。

儲(chǔ)氣以外，鹽穴還能通過壓縮空氣儲(chǔ)能。“儲(chǔ)能就是利用夜間谷電將空氣壓縮儲(chǔ)入地下空腔，白天用電高峰時(shí)釋放發(fā)電，實(shí)現(xiàn)綠電的高效利用和電網(wǎng)調(diào)峰。”劉志宏進(jìn)一步解釋說，與傳統(tǒng)儲(chǔ)能站點(diǎn)不同，鹽穴儲(chǔ)能項(xiàng)目對(duì)地表土地幾乎“零占用”，地面僅設(shè)有井口與少量調(diào)控設(shè)備，大部分儲(chǔ)能空間隱于地下800米甚至千米深處，而地上可以實(shí)施高效農(nóng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)了“地上大農(nóng)場(chǎng)、地下大寶藏”的立體開發(fā)模式。

2022年5月，使用鹽穴儲(chǔ)能技術(shù)的金壇60MW鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能國(guó)家試驗(yàn)示范項(xiàng)目開工投產(chǎn)。金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能電站是全國(guó)首個(gè)正式投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)的壓縮空氣儲(chǔ)能電站，研發(fā)了多項(xiàng)國(guó)家首臺(tái)套重大技術(shù)裝備，每天可為電網(wǎng)提供30萬(wàn)千瓦時(shí)電，是金壇地下百米的綠色“大型充電寶 ”。截至2025年6月底，該項(xiàng)目已完成儲(chǔ)能、發(fā)電周期超670次，累計(jì)提供調(diào)峰電量超4.5億千瓦時(shí)，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤13.8萬(wàn)噸，減少二氧化碳排放40.36萬(wàn)噸。相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，在一期成功運(yùn)行的基礎(chǔ)上，二期 2×350MW鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電項(xiàng)目已經(jīng)開工建設(shè)。

梅生偉解釋，在不同情境下，鹽穴儲(chǔ)氣和儲(chǔ)能可形成互補(bǔ)：短期調(diào)峰、快速響應(yīng)場(chǎng)景適合壓縮空氣儲(chǔ)能;中長(zhǎng)期儲(chǔ)能、跨季節(jié)能源調(diào)配則更適合儲(chǔ)氫。二者協(xié)同發(fā)展，有望構(gòu)建以鹽穴為核心的“電—?dú)洹獨(dú)狻币惑w化儲(chǔ)能體系，實(shí)現(xiàn)電力與氫能的高效耦合?！巴ㄟ^發(fā)揮鹽穴的綜合資源優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)儲(chǔ)電與儲(chǔ)氫功能模塊化集成、互為支撐，可助力構(gòu)建更具韌性與靈活性的能源系統(tǒng)，為我國(guó)實(shí)現(xiàn)‘雙碳’目標(biāo)、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)提供重要支撐。”

氫氣易燃易爆，如何保證安全生產(chǎn)?

據(jù)悉，這一項(xiàng)目也是世界首例大規(guī)模恒壓儲(chǔ)氣工程。然而氫氣具有易燃易爆的特點(diǎn)，在鹽穴儲(chǔ)氫過程中，如何保證安全生產(chǎn)?

梅生偉科普道：“鹽穴儲(chǔ)氫分恒壓狀態(tài)與非恒壓狀態(tài)。”他打了個(gè)比方：“非恒壓狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致壓力持續(xù)波動(dòng)，這一現(xiàn)象類似于給氣筒充氣時(shí)的情形。充氣時(shí)，氣筒內(nèi)部壓力不斷上升，充氣操作會(huì)愈發(fā)費(fèi)力;而當(dāng)放氣時(shí)，氣筒內(nèi)的壓力則會(huì)逐步下降。因此，非恒壓會(huì)直接影響氫氣的安全以及儲(chǔ)氫庫(kù)的動(dòng)式安全?！泵飞鷤ミM(jìn)一步介紹，他們提出基于“注氫排鹵”和“注鹵排氫”的恒壓對(duì)偶鹽穴儲(chǔ)氫試驗(yàn)平臺(tái)方案，避免了交變壓力和溫度的大幅變化，保證了大規(guī)模儲(chǔ)氫的安全性。此外，在工程建設(shè)和運(yùn)行過程中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)從設(shè)計(jì)、建設(shè)到運(yùn)行試驗(yàn)，采取多種措施，確保各環(huán)節(jié)始終處于受控狀態(tài)，構(gòu)筑地下氫儲(chǔ)存的多維度安全防線。

梅生偉表示，隨著技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模擴(kuò)大，鹽穴儲(chǔ)氫有望降低單位儲(chǔ)氫成本，有助于在全國(guó)其他區(qū)域推廣鹽穴儲(chǔ)氫，提高氫能存儲(chǔ)的規(guī)模，完善國(guó)內(nèi)氫氣“制—儲(chǔ)—用”的環(huán)節(jié)，促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)鏈良性發(fā)展，也將對(duì)江蘇構(gòu)建綠色低碳能源體系發(fā)揮積極作用。

“大規(guī)模地質(zhì)儲(chǔ)氫驗(yàn)證平臺(tái)成功實(shí)施，將推動(dòng)儲(chǔ)氫產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新水平的提升，項(xiàng)目通過研究開發(fā)及技術(shù)轉(zhuǎn)化，構(gòu)建自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)體系，將形成一整套技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)儲(chǔ)氫產(chǎn)業(yè)升級(jí)，金壇儲(chǔ)氫經(jīng)驗(yàn)，可為全國(guó)其他地區(qū)提供示范和借鑒。”梅生偉總結(jié)道。

新華日?qǐng)?bào)·交匯點(diǎn)記者 張宣 楊易臻