科創(chuàng)｜解鎖“地下寶藏”，破解氫能儲存“卡脖子”難題

數(shù)千萬年前形成的鹽礦，經(jīng)過開采后在地下形成一個個鹽穴。如今，隨著新型儲能技術(shù)的發(fā)展，這些原本閑置的地下鹽穴，正在化身為儲存能源的巨型“倉庫”。

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

為什么用鹽穴來儲氫?為何選擇落地常州?帶著這些疑問，新華日報·交匯點記者采訪到該項工程的氫能和儲能專家。

鹽穴：地質(zhì)演化饋贈的天然儲庫

“大規(guī)模鹽穴儲氫”項目屬于國家重點研發(fā)計劃，由中鹽集團(tuán)和清華大學(xué)合作，聯(lián)合中國地質(zhì)大學(xué)(北京)、中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所、天津大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)等多家單位共同開展。該項目將形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的鹽穴儲氫全套技術(shù)體系，以推動鹽穴儲氫的規(guī)?；a(chǎn)業(yè)應(yīng)用。

記者注意到，儲氫的載體是鹽穴。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、壓縮空氣等能源儲存的理想場所?！苯K省地質(zhì)調(diào)查研究院正高級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，人們在采集巖鹽時，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氣需求進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)計，從腔體形狀到安全礦柱預(yù)留，都需保障后續(xù)儲氣的安全可靠。

劉志宏介紹，鹽穴的作用分為幾種，一是儲氣，如天然氣和氫氣;二是儲能，主要是壓縮空氣儲能。而本次開工的項目就是“鹽穴儲氫”。

“鹽穴儲氫就是將氫氣儲存在地下幾百米甚至上千米的鹽穴中?！眲⒅竞瓯硎荆皟Α笔菤淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)。作為全球最大的制氫國，我國在儲氫環(huán)節(jié)仍存在補(bǔ)短板需求。而依托深層巖鹽構(gòu)造，鹽穴儲氫具備儲量大、密封性強(qiáng)、安全性高等顯著優(yōu)勢。其規(guī)?；瘜嵤瑢⒂行嵘覈鴼淠墚a(chǎn)業(yè)鏈的完整性、安全性與自主性。

“鹽穴儲氫，被認(rèn)為是大規(guī)模氫氣地下儲存最佳方式?！敝袊茖W(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所助理研究員謝同洲也表示，鹽穴儲量大、密封性能好，單個鹽穴有效儲氫空間可達(dá)20萬至40萬立方米，比如本次項目完工后預(yù)計將儲存3000萬立方米的氫氣。中國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”，打造鹽穴儲氫創(chuàng)新范式，將在全球氫能存儲領(lǐng)域發(fā)出響亮的“中國聲音”。

“‘大規(guī)模鹽穴儲氫’主體工程的開工，是我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展史上的重要事件?！眹夷茉淳挚萍妓驹彼鹃L劉亞芳在開工儀式上評價，該項目填補(bǔ)了我國大規(guī)模鹽穴儲氫領(lǐng)域的空白，同時將為破解氫能氣態(tài)儲存領(lǐng)域的“卡脖子”技術(shù)難題提供實踐樣本。

鹽穴儲氣儲能，江蘇有先發(fā)優(yōu)勢

國家重點研發(fā)計劃大規(guī)模地質(zhì)儲氫項目負(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)儲氫試驗驗證的工程載體，開展循環(huán)儲釋氫性能試驗。

在鹽穴儲氣領(lǐng)域，江蘇是國內(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，就有這樣一個梨形的空間?！睂τ谥黧w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，降水對地下儲氫鹽穴的安全影響可忽略不計，是建設(shè)地下鹽穴儲氫庫的良好場所。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期的技術(shù)積累和成熟的工程能力，作為我國最早建設(shè)鹽穴儲氣庫的地區(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、造腔、運(yùn)行及監(jiān)測等整一整套鹽穴儲氣庫建設(shè)技術(shù)和豐富的工程建設(shè)經(jīng)驗。

此前，金壇已在鹽穴資源綜合利用領(lǐng)域探索實踐多年，取得多項前沿成果和技術(shù)經(jīng)驗。早在2007年，常州市金壇區(qū)便建成了亞洲首個儲天然氣鹽穴，目前已布局幾十口儲氣井，承擔(dān)著國家管網(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)的鹽穴儲氣項目還在逐年增加，整個區(qū)域的儲氣井規(guī)劃超百口近數(shù)十億立方米的庫容。

儲氣以外，鹽穴還能通過壓縮空氣儲能。“儲能就是利用夜間谷電將空氣壓縮儲入地下空腔，白天用電高峰時釋放發(fā)電，實現(xiàn)綠電的高效利用和電網(wǎng)調(diào)峰?！眲⒅竞赀M(jìn)一步解釋說，與傳統(tǒng)儲能站點不同，鹽穴儲能項目對地表土地幾乎“零占用”，地面僅設(shè)有井口與少量調(diào)控設(shè)備，大部分儲能空間隱于地下800米甚至千米深處，而地上可以實施高效農(nóng)業(yè)，實現(xiàn)了“地上大農(nóng)場、地下大寶藏”的立體開發(fā)模式。

2022年5月，使用鹽穴儲能技術(shù)的金壇60MW鹽穴壓縮空氣儲能國家試驗示范項目開工投產(chǎn)。金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站是全國首個正式投入商業(yè)運(yùn)營的壓縮空氣儲能電站，研發(fā)了多項國家首臺套重大技術(shù)裝備，每天可為電網(wǎng)提供30萬千瓦時電，是金壇地下百米的綠色“大型充電寶 ”。截至2025年6月底，該項目已完成儲能、發(fā)電周期超670次，累計提供調(diào)峰電量超4.5億千瓦時，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤13.8萬噸，減少二氧化碳排放40.36萬噸。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鹽穴壓縮空氣儲能發(fā)電項目已經(jīng)開工建設(shè)。

梅生偉解釋，在不同情境下，鹽穴儲氣和儲能可形成互補(bǔ)：短期調(diào)峰、快速響應(yīng)場景適合壓縮空氣儲能;中長期儲能、跨季節(jié)能源調(diào)配則更適合儲氫。二者協(xié)同發(fā)展，有望構(gòu)建以鹽穴為核心的“電—氫—氣”一體化儲能體系，實現(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，推動儲電與儲氫功能模塊化集成、互為支撐，可助力構(gòu)建更具韌性與靈活性的能源系統(tǒng)，為我國實現(xiàn)‘雙碳’目標(biāo)、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)提供重要支撐?！?/p>

氫氣易燃易爆，如何保證安全生產(chǎn)?

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

梅生偉科普道：“鹽穴儲氫分恒壓狀態(tài)與非恒壓狀態(tài)?！彼蛄藗€比方：“非恒壓狀態(tài)會導(dǎo)致壓力持續(xù)波動，這一現(xiàn)象類似于給氣筒充氣時的情形。充氣時，氣筒內(nèi)部壓力不斷上升，充氣操作會愈發(fā)費力;而當(dāng)放氣時，氣筒內(nèi)的壓力則會逐步下降。因此，非恒壓會直接影響氫氣的安全以及儲氫庫的動式安全?！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”的恒壓對偶鹽穴儲氫試驗平臺方案，避免了交變壓力和溫度的大幅變化，保證了大規(guī)模儲氫的安全性。此外，在工程建設(shè)和運(yùn)行過程中，項目團(tuán)隊從設(shè)計、建設(shè)到運(yùn)行試驗，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，鹽穴儲氫有望降低單位儲氫成本，有助于在全國其他區(qū)域推廣鹽穴儲氫，提高氫能存儲的規(guī)模，完善國內(nèi)氫氣“制—儲—用”的環(huán)節(jié)，促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)鏈良性發(fā)展，也將對江蘇構(gòu)建綠色低碳能源體系發(fā)揮積極作用。

“大規(guī)模地質(zhì)儲氫驗證平臺成功實施，將推動儲氫產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新水平的提升，項目通過研究開發(fā)及技術(shù)轉(zhuǎn)化，構(gòu)建自主知識產(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)儲氫產(chǎn)業(yè)升級，金壇儲氫經(jīng)驗，可為全國其他地區(qū)提供示范和借鑒。”梅生偉總結(jié)道。

新華日報·交匯點記者 張宣 楊易臻