楊春和：大地深處 筑造儲(chǔ)能“寶庫(kù)”

  “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)體的專家們遇到類似地質(zhì)條件，大多直接放棄建庫(kù)。

  還有的專家從安全角度出發(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�。這背后，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�，一度遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于我們�，F(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，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。

  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。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)�；瘹淠軆�(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)�；踩珒�(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)�！�