废弃盐穴变身“超级充电宝”

1月9日，湖北应城。

一个容量为1500兆瓦时的“超级充电宝”经过3年建设终于“拔地而起”，实现全功率并网发电。这便是湖北应城300兆瓦盐穴压缩空气储能电站。

湖北应城300兆瓦压缩空气储能电站远眺。中国科学院武汉岩土力学研究所供图

储能对于解决新型电力系统的“双高”问题——高比例的可再生能源、高比例的电力电子设备和新能源的“三性”问题——波动性、间歇性、不稳定性至关重要。

近日，国家发展改革委、国家能源局印发《电力系统调节能力优化专项行动实施方案（2025-2027年）》。其中指出，到2027年，电力系统调节能力显著提升，各类调节资源发展的市场环境和商业模式更加完善，各类调节资源调用机制进一步完善。通过调节能力的建设优化，支撑2025-2027年年均新增2亿千瓦以上新能源的合理消纳利用，全国新能源利用率不低于90%。

如何让电量得到充分利用？这就需要一个能够给城市供电的“超级充电宝”，将高峰期的电量储存起来，在发电低谷期释放，平抑新能源发电的不稳定。湖北应城300兆瓦压缩空气储能电站就是这样一个“超级充电宝”。

中国工程院院士杨春和正在介绍湖北应城300兆瓦压缩空气储能电站。中青报·中青网见习记者 崔文瀚/摄

用电低谷期，大量空气通过注采气井注入，穿越约500米长的管道，到达地下盐穴，将多余的电能以高压空气的形式储存到地下盐穴中；用电高峰期，这个“超级充电宝”再将电能释放出来。

截至目前，该工程利用湖北省孝感市云应地区废弃盐矿洞穴为储气库，单机功率达300兆瓦级，储能容量达1500兆瓦时，系统转换效率约70%，每天储能8小时、释能5小时，年均发电约5亿千瓦时；转化的电量可以满足75万居民一年的用电需求。

地上决定好坏，地下决定成败

中国工程院院士、中国科学院武汉岩土力学研究所研究员杨春和团队，为湖北应城300兆瓦压缩空气储能电站工程的地下储能系统提供全过程技术支撑，他告诉记者：“地上决定好坏，地下决定成败。”

中国工程院院士杨春和正在指导学生进行实验。中青报·中青网见习记者 崔文瀚/摄

整个盐穴储能分为地上和地下两部分，它们各司其职，对于盐穴储能工程的质量都有重要的作用。

地上部分负责电力的输送、运转，通过一系列步骤将电能储存于压缩空气中，地上部分的建设决定了整个工程的能量转化效率。杨春和介绍，在能量转化效率方面，德国的亨托夫电站约为42%，美国麦金托什电站约为54%，而湖北应城300兆瓦压缩空气储能电站可以达到70%。

地下部分负责储存压缩的空气，地下空间的大小、状态和稳定性等因素，影响着压缩空气储能电站工程能否成功。湖北应城300兆瓦压缩空气储能电站地下部分，采用废弃盐穴储存压缩空气。

为什么要用盐穴储气？地上建造储气罐不行吗？

杨春和告诉记者，由于盐穴具有密闭性好、稳定性高等特点，非常适合压缩空气储能，且盐穴储气技术在成本和容量上都有优势。

“盐穴储气技术将废弃盐矿‘变废为宝’，属于废弃资源重新利用，成本较低。”杨春和说。

废弃盐矿的处置本身就是一个难题。杨春和说，开采盐矿产生的空腔如果处置不恰当，容易引发地质灾害，为了保证废弃盐矿的稳定性，各种处置方法耗资不少，却往往难以产生效益。而空气压缩储能技术将盐穴填满压缩空气，可达到70-90个大气压，不仅让废弃盐矿能够保持稳定，还可以产生经济和社会效益。

“地上建造储气罐成本非常高，并不适用。”武汉岩土所研究员、湖北应城300兆瓦压缩空气储能电站工程负责人马洪岭介绍，利用盐矿储气，每立方米容量成本约6000元，而地上打造储气罐成本约是盐矿储气的50倍。

此外，地下建造储气装置也具有可行性。在地下打造人工硐室进行压缩空气储能，成本能达到约8000元每立方米，相比之下十分划算。

不过，并非所有盐矿都能用作压缩空气储能。在湖北应城，杨春和院士团队筛选了100多个盐穴，只有10个可以用于储气。

由于矿产需求量大、采矿业迅速发展，我国有很多地下矿洞，但是能够用于压缩空气储能的十分稀少。部分矿洞四通八达，密闭性差，无法使用；部分矿洞容量较小，盐穴体积如果达不到60万立方米，无法支撑300兆瓦电站的容量；所在地深度小于500米的盐穴无法承受压缩空气的压力，而深度大于1500米的盐穴又会因为地应力过大，导致地上压缩机无法维持足够的压力……

合适的盐矿不容易找，杨春和院士团队提出在盐矿的开采阶段就作好规划。他们积极寻找正在开采和即将开采的盐矿，在盐矿开采阶段布局，将盐矿打造为适合储气的状态，开采结束后可直接进行储气，充分利用盐矿资源。

上天不易，下地更难

“上天不易，下地更难。”马洪岭发出感慨。

他解释：地下工程的个性大于共性，各地的地下条件不同，岩石性质、地下腔体状况等各有特色，“即使在某地找到了规律，换个地方就不一定适用了”。

高位注气、低位排卤示意图。中国科学院武汉岩土力学研究所供图

地下盐矿位于地下几百米甚至上千米，没有人知道它真正的样子。关于地下盐矿沉渣的状态，学术界众说纷纭，有的专家认为地下盐矿中充满淤泥，有的专家认为沉渣是沙子，而武汉岩土所团队更倾向于主要是大尺寸的石块。想把泥状物中的卤水排出非常困难，如果不可以，盐穴中可利用空间就会很少，储能便无从谈起。

在正式进行工程试验时，马洪岭等人已经做过科学实验，证明地下盐穴中属于大尺寸石块和卤水并存的形态。但是仅在理论上证明并不能服众，没有进行工程试验，很多人并不相信这个结果。

于是杨春和院士团队开展了几次大规模的现场试验，直到2022年，杨春和院士团队邀请全国几乎业内的所有专家来到武汉，共享“注气排卤”的成果。

团队提前规划好注气排卤的路线，通过压缩机把空气压缩到地下盐腔里，通过空气的压力，将卤水成功排出，最快时每天能够排出5000多立方米卤水。

试验的成功让科学界关于地下盐腔沉渣状态的学说从此统一。

这次试验最终证明地下盐腔中确实是沉积岩和卤水并存的形态，论证了沉渣空间低位排卤的可行性，实现了盐穴沉渣空间利用“零的突破”，将盐穴地下空间利用率从20%提高到70%。

马洪岭说，压裂形成的盐穴老腔具有形态差、难利用的特点。武汉岩土所通过现场试验论证出盐穴腔体具有良好的密封性，具备利用的潜力。随后又在实践中证明了利用水平压裂形成的盐穴水平老腔可以用于地下储能，开辟了利用压裂形成的盐穴水平腔的新道路，为我国盐穴采空区的大规模利用奠定坚实的基础。

自主研发破局，推动盐穴储气发展

“这是我们自主研发的盐岩储库造腔模拟实验装置SCLS-400；这是1981年进口的岩石三轴试验仪，两三年修一次，现在还能用。”在介绍各种实验仪器时，杨春和能准确地说出年份和状况。

武汉岩土所研究员王同涛回忆道，因为盐岩腐蚀性强，对实验仪器损耗大，国外公司不愿意将实验仪器借给团队。为了能够顺利进行实验，在杨春和的带领下，研究团队与企业合作，自主研发实验仪器。经过不懈的努力，仪器研发成功，实验得以顺利推进。

此外，杨春和还推动形成了盐穴储气5项相关行业规范。

湖北应城300兆瓦压缩空气储能电站等盐穴储气项目的成功，实现了“从0到1”的突破。杨春和提出，不仅要做到“从0到1”，更要做到“从1到0”，要在工程成功的基础上回归理论，检查工程中还有哪些问题没有解决，在基础理论上进行研究突破。

中国能建首席专家，数科集团党委书记、董事长万明忠认为，该项工程还要做到“从1到100”，解决盐穴储气工程产业化的问题，推动盐穴储气技术得到更广泛的应用。

目前，这项盐穴压缩空气储能技术，已应用于我国在建及拟建的盐穴压缩空气储能电站，包括湖北应城、湖南衡阳、河南平顶山等地18座盐穴压缩空气储能电站，累计总功率达1950兆瓦。

“盐穴储气技术不只可以用来进行压缩空气储能，也能够用于储存氢气、氦气、天然气等重要资源。”杨春和透露，作为能源储备的理想地质体，项目团队对盐穴储油、储气、储氢、储氦等领域也开展了工作，相关研究和应用已取得一系列重要进展。

责任编辑：高秀木