盐穴是在盐岩沉积层中人工建造的盐穴。盐穴储氢的优点是岩盐对氢的反应是惰性的,不存在产生杂质的风险,而且密封性好,因此氢在盐岩中的扩散损失可以忽略不计,适合储存纯氢。
现阶段国际上共有5座典型的盐穴储氢库,且4座处于运营状态,其中一座已经运行了50年,这都证明氢气是可以长时间安全地存储在地下盐穴中。与国际相比,我国盐穴储氢发展相对缓慢,不过从近两年的布局看,我国在盐穴储氢上的布局已经在提速。尤其是近日,由中盐集团与清华大学等单位合作的“大规模盐穴储氢”主体工程在江苏常州正式开工建设,标志我国在基于盐穴的大规模储氢领域迈出了关键一步。
我国是否具备推广盐穴储氢的条件?发展盐穴储氢的难点到底在哪里?目前在这方面我国具体有哪些进展?本文展开介绍:
盐穴储氢“萌动”
储氢难题长期制约我国氢能产业的高质量发展。随着新型储能技术的发展,地下盐穴储氢因为具有成本低、规模大、安全性高和储氢纯度高等突出优势,正成为氢能储备的重要发展方向,逐步走到聚光灯下。
7月25日,由中盐集团与清华大学等单位合作的国家重点研发计划——“大规模盐穴储氢”主体工程在江苏常州正式开工建设。这标志我国在基于盐穴的大规模储氢领域迈出了关键一步。
该工程由中盐集团承担,规划新建2组盐穴,形成2口注采氢井和2口注排卤井,作为大规模地质储氢试验验证的工程载体,开展循环储释氢性能试验。项目将形成具有自主知识产权的盐穴储氢全套技术体系,为盐穴储氢从理论研究到工程实践奠定基础,最终促成盐穴储氢的规模化产业应用。
中国工程院院士钱七虎表示,盐穴储氢是破解氢能全产业链贯通难题的“金钥匙”。他认为,“大规模盐穴储氢”主体工程开工建设将地下盐穴空间转化为氢能产业的“能量宝库”,打造盐穴储氢创新范式,必将在我国能源发展史上留下浓墨重彩的一笔。
5月,“盐穴储氢库示范工程”和“百万方级储氢示范工程”授牌仪式在河南叶县举行。据介绍,该示范工程位于中国平煤神马集团的优质盐田,于2024年11月开工建设,是亚洲首个深地盐穴大规模储氢项目,计划储存150万立方米的氢气,由中国科学院武汉岩土力学研究所与中国平煤神马集团联合实施。该项目总投资7772万元,计划2025年9月完成盐穴储氢中试。
在“大规模盐穴储氢”、“百万方级储氢示范工程”项目之前,我国已开展了多项盐穴储氢的技术探索。2023年3月,湖北大冶启动我国首个盐穴储氢科研项目。
2024年7月,中国石油启动地下油气田储氢库前期勘探工作并完成了前期工作的招标,拟对松辽、鄂尔多斯、四川等盆地内油气田的储盖层岩石样品进行测试分析,以评估地下储氢的综合选址;同年8月,陕西华盐绿能能源有限公司电解水制氢-盐穴储氢科研项目备案,计划采用电解水制氢产出氢气,配合盐穴储氢项目,利用王家砭的两口盐井,在地下2500米深处建造五万立方米的盐穴,实现氢气高压气态存储。
2024年10月消息,国家知识产权局信息显示,中盐金坛盐化有限责任公司和中盐盐穴综合利用股份有限公司申请一项名为“盐穴储氢验证系统及其建设方法、验证方法”的专利。此前,中盐集团曾对外表示,正与清华大学、中国科学院、南方科技大学等多所高校和科研院所合作,集中攻克盐穴储氢等核心技术,积极打造盐穴综合利用原创技术策源地。
盐穴储氢,是利用地下盐岩层形成的密闭腔体储存氢气,具有以下优势:其一,能实现大规模储存,单腔体积可达数万立方米,储氢量可达数十万标方,且适合跨季节储能;其二,高安全性:盐岩的低渗透性和化学惰性可有效防止氢气泄漏和反应;其三,较强的经济性潜力,相较于地面储氢,盐穴储氢综合成本更低,且占用土地资源少。
从上述动态看,具备诸多优势的盐穴储氢在我国已经开始“萌动“起步。
盐穴储氢技术毋庸置疑
我国盐岩资源丰富,已探明矿床105处,总资源量超14.6万亿吨。现已建成5座盐穴天然气储库,2座盐穴压缩空气储能电站,具有建设盐穴储气库的丰富经验。不过,基于氢与天然气在渗透性、扩散性、反应性和能量密度等方面并不相同,盐穴储氢在诸多方面还需要突破。
包括:选择盐穴储氢地质条件的基础理论和评估方法不成熟,难以保证储氢的可行性和安全性;缺乏井下管柱/工具防腐和防氢脆等技术、氢气泄漏检测及定位技术,难以保证盐穴储氢库可靠运行;氢气易泄漏、扩散和爆炸,需要详细规划与统筹考虑大规模盐穴储氢对环境的影响和社会接受度问题等。
纵然我国在盐穴储氢上挑战重重,这一技术的可行性却是毋庸置疑的。
盐穴储氢工程实践方面,现阶段国际上共有5座典型的盐穴储氢库,且4座处于运营状态(如下表),其中英国的Teesside盐穴储氢库是欧洲唯一一个盐穴储氢库,由3个盐穴组成,总容量超过20000m³。该储氢库已经运行了50年,储存氢气主要用于合成氨和甲醇生产。这些盐穴储氢的经验表明,氢气可以长时间安全地存储在地下盐穴中。
除上述盐穴储氢项目外,西方各国均发布了地下储氢新项目计划。美国为保持战略能源储备和国际领先地位,重视盐穴储氢全方位应用。欧盟积极评估盐穴储氢潜力,部署盐穴储氢项目计划,重点开展工业规模的盐穴储氢研究。德国将氢气视为能源成功转型的关键,DLR已与Oldenburg Energy合作开展盐穴储氢测试。英国已将地下储氢确定为实现净零排放的关键技术之一,并正在开展相关试点研究。此外,加拿大、波兰、土耳其和丹麦均已制定发展盐穴储氢的计划。
尽管现阶段盐穴储氢技术在推广和商业化应用等问题上还面临诸多挑战,但其仍被视为全球范围内大规模、长期、安全储氢的重要发展方向,且在成为各国抢占能源转型的制高点。
未来,随着我国氢能社会建设的扎实有序推进,政策、经济和技术对盐穴储氢的支持逐步增多,这一储氢技术将有力推进我国能源清洁低碳转型,助力我国实现碳达峰、碳中和目标。