楊春和：大地深處，筑造儲能“寶庫”

楊春和 陳繼榮/攝

“一旦發(fā)生戰事，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(zhù)了!院士爺爺，我說(shuō)得對嗎?”

不久前的一次院士進(jìn)校園科普活動(dòng)中，面對青少年的提問(wèn)，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(diǎn)點(diǎn)頭說(shuō)：“你說(shuō)得很對。不過(guò)，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(lái)，楊春和始終專(zhuān)注于做一件事——開(kāi)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(shuō)，我國當前的能源結構和能源儲存現狀，決定了我們必須向地下要空間，開(kāi)展地下儲能。

他曾在多個(gè)場(chǎng)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(kāi)采后留下的采空區，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)儲存其中，具有儲量大、成本低、密封好、使用壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)。

我國是能源消費大國，加快非化石清潔能源的利用，是我國能源結構升級轉型和“雙碳”目標實(shí)現的重大戰略需求。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穩定供給，因此需要將產(chǎn)生的電能儲存起來(lái)才能進(jìn)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(wú)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(diǎn)的深部地下空間就成了儲能的理想場(chǎng)所。

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方式的缺點(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，避免大規模“氣荒”發(fā)生。

豈可落后于人?

1999年，獲得美國內華達大學(xué)地質(zhì)工程博士學(xué)位后，楊春和回國，進(jìn)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。

當時(shí)，在美國的石油戰略?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。彼時(shí)，我國連一座鹽穴儲備庫都沒(méi)有。

“回國后，我發(fā)現我國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)合呼吁重視地下儲能，當時(shí)中國一些有識之士也逐漸意識到油氣戰略?xún)δ艿闹匾?，一些大型能源企業(yè)提出類(lèi)似需求，只是苦于國內相關(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(gè)吃螃蟹的人”。

“利用我國鹽礦開(kāi)采后遺留的采空區，儲存天然氣。”他第一次公開(kāi)提出這個(gè)設想時(shí)，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)結構極其復雜，無(wú)法完成這方面的工程建設——我國鹽層屬于層狀結構，鹽層厚度小、不溶夾層多，地質(zhì)條件的復雜程度超乎想象。歐美等發(fā)達經(jīng)濟體的專(zhuān)家們遇到類(lèi)似地質(zhì)條件，大多直接放棄建庫。

還有的專(zhuān)家從安全角度出發(fā)，擔心地下儲氣庫發(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(méi)有過(guò)多辯解。他帶著(zhù)設備、行李，帶領(lǐng)團隊深入多個(gè)省份開(kāi)展現場(chǎng)調查，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(guò)對大量鹽巖樣本逐個(gè)反復試驗比對、精密計算，經(jīng)過(guò)近2000組試驗后，他和團隊成員最終得出一個(gè)結論：中國鹽穴的穩定性及密封性，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，要建設我們國家自己的儲氣庫。”楊春和帶領(lǐng)團隊用科學(xué)數據證明了中國鹽穴對于地下油氣儲備來(lái)說(shuō)完全可靠。

2003年，我國西氣東輸工程需要建設配套儲氣庫，楊春和團隊的理論創(chuàng )新終于有了應用機會(huì )。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(kāi)采后留下的溶腔建庫，可節約建設成本1.25億元，節省建庫時(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(mǎn)足長(cháng)三角地區1600萬(wàn)戶(hù)家庭調峰期的燃氣需求。這背后，凝聚著(zhù)楊春和的大量心血。

2015年，金壇儲氣庫發(fā)現微滲層，出現氣體漏失問(wèn)題。楊春和臨危受命，開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)。

經(jīng)過(guò)反復分析和研判，他和團隊提出一種全新技術(shù)——利用鹽巖重結晶對儲氣庫進(jìn)行封堵，并迅速開(kāi)展金壇儲氣庫關(guān)鍵微滲層的重結晶課題研究。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(kāi)花、結果。”令楊春和頗為自豪的是，20多年來(lái)，他帶領(lǐng)團隊陸續參與了近10座鹽穴儲氣庫建設的技術(shù)攻關(guān)，為我國西氣東輸一線(xiàn)、二線(xiàn)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(guò)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在，我們在技術(shù)上和它們基本處于同一水平線(xiàn)。乍一看，大家在“并跑”，但事實(shí)上，我國的地質(zhì)環(huán)境比它們要復雜得多，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)家不曾遇到中國這樣復雜的地質(zhì)條件，因此他們的技術(shù)路線(xiàn)無(wú)法解決中國的問(wèn)題。相反，中國科學(xué)家不僅能夠應對國內復雜的地質(zhì)環(huán)境，而且可以相當輕松地解決西方國家地下建庫的技術(shù)問(wèn)題。因此，西方國家的技術(shù)水平和中國不在同一個(gè)層級上。

未來(lái)如何布局?

“我國地下儲氣庫‘從0到1’任務(wù)已經(jīng)完成，現在我們要對地層進(jìn)行分類(lèi)，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。

氫能具有來(lái)源廣、熱值高、無(wú)污染、應用場(chǎng)景豐富等優(yōu)點(diǎn)，有效利用氫能是解決能源可持續發(fā)展的有效途徑。楊春和認為，大規模儲氫是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節。

他多次建議湖北省依托省內一些地區豐富的鹽礦資源，建設規?；瘹淠軆漤椖?，打造我國中部?jì)δ芑?。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率先開(kāi)展地下儲氫實(shí)踐。

2023年3月，大冶市“礦區綠電綠氫制儲加用一體化氫能礦場(chǎng)綜合建設項目”正式開(kāi)工。這是我國首個(gè)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(gè)洞穴儲氫項目。

“地下空間是座寶庫，按照我們的技術(shù)路線(xiàn)建設，未來(lái)合適的地層可以?xún)τ?、儲氫、儲氦，?shí)現多場(chǎng)景、多元素綜合應用。”楊春和說(shuō)。

楊春和希望，該項目的開(kāi)展和技術(shù)瓶頸的突破，能為氫能規?；?、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，為在全國范圍內推廣大規模儲氫提供技術(shù)和標準。