Theories, technologies, and prospects for the utilization of deep underground storage space
-
摘要:背景
人类利用能源的趋势是从高碳高污染非可再生能源向低碳清洁可再生能源转化，在这个过程中，以天然气、风电、太阳能、氢能为代表的低碳清洁能源需要耦合深部地下储存空间来抵消其地域性和不稳定性的缺点，此外，像CO2地质封存这样的低碳、零碳技术也需要利用深部地下储存空间来实现，因此，研究低碳背景下深部地下储存空间利用理论、技术及前景，对我国未来深部地下储存空间的高效利用具有重要的指导作用。
方法在调研国外深部地下储存空间类型及利用历史基础上，结合我国深部地下储存空间利用现状，划分深部地下储存空间利用的历史阶段，概括了深部地下储存空间多元化利用方向及现状，总结了利用深部地下储存空间建设地下储集设施的理论及技术现状，分析了我国在地下储集设施建设方面的理论及技术贡献，剖析了我国利用深部地下储存空间利用的问题和对策。
结果和结论总体来看，人类利用深部地下储存空间的历史已有110 a，主要经历3个阶段：初期发展阶段(1915—1945年)、快速发展阶段(1946—1998年)、中国追赶到同步发展阶段(1999年至今)。我国大规模化利用深部地下储存空间的历史短，但在层状盐岩型储库及煤炭地下水库建设理论和技术方面，具有世界独创性和领先性，并发展了复杂地质条件下储气库建设理论和技术。目前我国建成的地下储集设施数量少、类型单一、应用场景单一，还没有建成含水层型储气库，在盐穴储氢、储氦、储油以及咸水层CO2地质封存等方面还需要加强理论和技术攻关，在深部地下储存空间资源分配方面需要加强政府顶层设计及各部门协同。在“双碳”目标愿景下，我国深部地下储存空间发展前景广阔，地下储库将是我国大规模发展天然气、风光电、绿氢、碳埋存等产业的重要配套设施，未来地下储集设施建设行业具有千亿级别的产业规模，具有催生新技术及新产业的潜力，也是新质生产力发展的重要产业创新点。
Abstract:BackgroundThe world's energy utilization has shifted from high-carbon, high-polluting, non-renewable energy to low-carbon, clean, renewable energy. In this process, the utilization of low-carbon, clean energy typified by natural gas, wind power, solar energy, and hydrogen energy needs to be coupled with deep underground storage space (DUSS) to offset their regional constraints and instability. Additionally, low- and zero-carbon technologies like carbon dioxide (CO2) geological storage also rely on DUSS. Therefore, investigating the theories, technologies, and prospects of DUSS utilization under the low-carbon background will provide significant guidance for efficient DUSS utilization in China.
MethodsBased on the investigation into the types and utilization history of global DUSS, as well as the current status of DUSS utilization in China, this study determined the historical stages of global DUSS utilization and provided a summary of the orientations and current status of diversified DUSS utilization, as well as the theoretical and technical status of the construction of underground storage facilities based on DUSS. Furthermore, this study analyzed China's theoretical and technical contributions to the construction of underground storage facilities, along with China's challenges and countermeasures in DUSS utilization.
Results and ConclusionsGenerally, the DUSS utilization has been conducted for about 110 years, including three major stages: the initial development stage (1915‒1945), the rapid development stage (1946‒1998), and China's catch and synchronous development stage (1999‒the present). Despite a short history of large-scale DUSS utilization, China holds the originality and leadership of the theories and technologies for the construction of layered salt rock reservoirs and underground water reservoirs in coal mines. Moreover, China has developed the theories and technologies for constructing underground gas storage (UGS) facilities under complex geologic conditions. At present, China holds only limited completed underground storage facilities with single types and application scenarios, lacking completed UGS facilities in aquifers. It is necessary to put more effort into achieving theoretical and technical breakthroughs in hydrogen, helium, and oil storage in salt caverns, as well as CO2 geological storage in saline aquifers. Besides, the resource allocation for DUSS requires enhanced top-level design by the Chinese government and the coordination of various departments. To reach the goals of carbon neutrality and peak carbon dioxide emissions, the DUSS utilization in China holds promising prospects. Underground storage facilities will provide significant support for the large-scale development of industries including natural gas, wind and solar power, green hydrogen, and carbon sequestration in China. The construction of underground storage facilities will reach a 100-billion industrial scale, holding the potential for fostering new technologies and industries and representing significant industrial innovation points for the development of new quality productive forces.
-
自工业革命以来，人类生产活动，特别是开采、燃烧煤炭、石油等化石能源，致使大气中的CO2气体浓度急剧增加，截至2020年，空气中的CO2质量浓度较工业革命前增加了130 μg/g[1]，导致全球气温增高、海平面升高及恶劣极端天气增多，特别是恶劣天气带来的洪灾、干旱等自然灾害频发，给人类生活带来极大危害。目前，全球应对这一问题的共识是进行能源结构转型、低碳生活，提高低碳清洁能源在能源结构中的比重[2]。
在“碳达峰、碳中和”目标背景下，我国绿色低碳能源结构转型深入推进，2023年，我国天然气、水电、核电、风电、太阳能发电等清洁能源消费量占能源消费总量的26.4%，上升0.4%，清洁能源已在我国能源消费总量中占有较大比例[3]，特别是风能、太阳能的占比增长较快，并网风电装机容量44 134万kW，增长20.7%，并网太阳能发电装机容量60 949万kW，增长55.2%。但是，在低碳能源结构转型深入推进过程中，以天然气、风电、太阳能、氢能为代表的低碳清洁能源具有地域性、不稳定性的缺陷[4]，需要耦合深部地下储存空间利用技术，消除低碳清洁能源的诸多不利因素，提高低碳清洁能源供应的稳定性。以天然气为例，它是实现向低碳、零碳能源转型最现实的过渡能源，但我国天然气具有生产区与消费区不匹配及进口量大的特征，且天然气消费量具有较强的季节性，为弥补天然气消费中的诸多缺陷，在传统的“产−运−销”基础上，需要建设大规模储气库，形成新的“产−运−储−销”新格局，增加我国天然气供给韧性[4-5]。风能、太阳能主要分布在我国西部，受天气影响严重，最大的特点是稳定性差，而将风能、太阳能转换为化学能和势能进行储存，是解决该问题的主要方法之一，比如把风能、太阳能转换为氢(电解氢)能、压缩空气[6]，然后储存在地下空间中，最终以稳定的能源进行输出。未来降低空气中CO2浓度的主要技术手段之一是进行CO2地质封存，其核心是找到合适的深部地下储存空间建设埋存设施[7]。此外，像战略物资(石油、氦)储存、核废料处置等都需要利用深部地下储存空间[8-9]。
综上所述，在低碳背景下深部地下储存空间具有多场景应用前景，其发展空间及相关产业发展前景广阔，发展地下储存空间高效利用的相关理论及技术对实现低碳生活具有重要意义。目前，关于深部地下储存空间的利用现状、理论、技术及发展前景等问题需要系统梳理，因此，笔者在着重论述深部地下储存空间利用历史、多元化利用现状、利用理论及技术的基础上，进一步讨论我国地下储存空间利用存在的问题及对策，并对深部地下储存空间利用未来产业进行展望，为未来深部地下储存空间的高效利用提供参考。
1 深部地下储存空间利用历史及现状
1.1 深部地下储存空间类型
深部地下储存空间主要包括两类[10-11]：天然多孔介质和人工开挖的人造空间。天然多孔介质主要包括枯竭油气藏及地下含水层，人造空间主要包括盐穴、矿井及硐室，不包括人类建设的地下室、地铁、隧道等建筑空间(图1)。
1.2 深部地下储存空间利用历史
利用深部地下储存空间的历史纪录可追溯到20世纪初，以1915年加拿大利用枯竭油气藏建成地下储气库[11]、1946年美国建成一座含水层储气库和1999年我国利用枯竭油气藏建成第一座储气库3个事件为节点，将利用地下储存空间的历史划分为3个阶段：初期发展阶段(1915—1945年)、快速发展阶段(1946—1998年)、中国追赶到同步发展阶段(1999年至今)。
1) 初期发展阶段(1915—1945年)
1915年加拿大在安大略省Welland利用枯竭气藏建造了世界上第一座地下储气库[11]，这是人类有记录以来，利用地下天然多孔介质储存能源的最早纪录(图2)。之后的几十年里，在深部地下储存空间利用技术方面进展不大，建成的地下储集设施也多是利用枯竭油气藏改建的储气库。在这期间，建设地下储集设施的目的主要是进行天然气季节性调峰，赚取季节差价。
2) 快速发展阶段(1946—1998年)
二战之后，全球经济的快速发展，人类对能源的需求急剧增加，特别是能源消费大国为保持能源价格稳定及战略安全，利用地下储存空间建设了大量地下储集设施，主要用于储存石油、天然气、氢等能源。该阶段最大的特点是多类型深部地下储存空间被开发利用及储集设施的多元化利用。
在开发多类型储存空间方面，含水层型、废弃矿井型、盐穴型及硐室型等储集设施建造技术取得突破[12]。1946年，美国建成世界上第一个含水层型储气库，标志着地下含水层储存空间利用技术的新突破。1963年，美国在Denver附近的Leyden煤矿的废弃矿井中，建成世界上首座煤矿废弃矿井型地下储气库[13]。1950年，美国第一次把天然气储存在得克萨斯州溶解开挖的盐洞里，直到1959年，苏联建成世界上第一座盐穴型储气库，标志着地下盐穴储存空间利用技术的突破。
在储集设施多元化利用方面，该阶段储集设施除了应用于储存天然气外，还应用于储氢、核废料、压缩空气、氦、石油，抽水蓄能及建设国家疗养院等[14-19]。此外，随着人类对全球气候的重视，在政策驱动下，欧美在这个期间建设了CO2驱油及CO2含水层地质封存项目[20-21]，使地下储存空间的利用方向更加多元化。
3) 中国追赶到同步发展阶段(1999年至今)
相较于西方国家，中国在地下储存空间利用方面比较滞后，直到1999年在天津大张坨枯竭凝析气藏建成第一座地下储气库[22]，2007年，建成第一座盐穴储气库——金坛储气库[23]，2015年，建成第一座陆上咸水层CO2封存项目[24]。目前中国在深部地下储存空间的多元化利用方面，主要是储存天然气、压缩空气及进行CO2地质封存，在储氢、氦等方面正在开展实验。此外，在深部地下储存空间多元化利用方面，我国也形成了自己的特色技术，如2010年在神东矿区大柳塔煤矿建成世界上第一座煤矿地下水库[25]，开拓了地下储存空间多元化利用新场景。
1.3 深部地下储存空间多元化利用现状
人类通过百余年对地下储存空间开发利用，目前，利用地下储存空间建成的地下储集设施主要有4个方面的应用场景(图3)，一是地下储能，主要包括储存天然气、氢气、压缩空气等；二是地下战略物资储存，主要包括储存氦、石油等；三是地下储废，主要包括储存核废料、CO2、碱渣等；四是其他方面利用，包括地下储水库、地下观光、地下医院等。
1.3.1 地下储能
1) 地下储天然气
储气库(UGS)被比作天然气工业的“银行”，其主要作用有季节调峰、应急保供、战略储备及市场调节等功能。截至目前，全球共建成地下储气库600余座[26-29]，建设储气库的主要深部地下储存空间类型有枯竭气藏、枯竭油藏、含水层、盐穴等，其中95%以上工作气量分布在欧洲、美国、独联体国家，80%以上的工作气量分布在枯竭油气藏型中(图4)。我国储气库建设起步较晚，截止到2022年，我国累计建成24座储气库，其中枯竭油气藏型储气库20座，盐穴型储气库4座[30]，还没有建成含水层型储气库。目前，我国储气库工作气量约占天气消费量的5%，远低于欧美等发达国家，在保障天然气稳供及战略风险方面能力不足，因此，我国地下储气库建设工作还任重道远。
![]()
2) 地下储氢
氢气是最清洁的能源，燃烧过程不产生污染物，燃烧值高，是未来的“终极能源”。与其他储氢方式相比，地下储氢具有储存量大、安全、经济的特点。自20世纪60年代开始，西方国家就开始在枯竭油气藏中尝试储存含氢气的混合气体，到目前为止，世界上一共建成13座地下储氢库，其中，5座为盐穴型，6座为含水层型，2座是枯竭油气藏型[12,31-34]，正在运行的盐穴储氢库有4座，3座在美国，1座在英国。在地域分布上，90%以上分布在欧洲和美国(表1)。从储氢方式来看，在含水层及枯竭油气藏中，储氢方式多以混合气的形式储存；在盐穴中，储氢方式多以纯氢(95%)的形式储存。近年来，随着全球低碳清洁能源需求增加，欧美等国投入了大量研发资金来攻关地下储氢中遇到的难题，特别对废弃矿井改建储氢库的可行性进行了研究。
序号 国家 储氢库名称 储存
空间类型建成
年代储氢方式 存储量/
万m3深度/m 运行压
力/MPa目前状态 1 美国 Clemens 盐穴 1983 95%H2+— 58 930 7.5~13.5 在运行 2 美国 Moss Bluff 盐穴 2007 95%H2+— 56.6 822 5.5~15.2 在运行 3 美国 Spindletop 盐穴 2014 95%H2+— 90.6 1340 6.8~20.2 在运行 4 英国 Teesside 盐穴 1972 95%H2+4%CO2 21 350 4.5 在运行 5 德国 Kiel 盐穴 1971 60%H2+— 3.2 1330 80.0~10.0 关闭 6 德国 Ketzin 含水层 1964 62%H2+— 13 000 200~250 — 在运行* 7 德国 Bad Lauchstadt 含水层 — 50%H2+— — — — 在运行* 8 德国 Engelbostel 含水层 — 50%H2+— — — — 关闭 9 法国 Beynes 含水层 1983 50%H2+— 33 000 430 11.0 在运行 10 捷克 Lobodice 含水层 1989 50%H2+12%CO2+22%CH4 — 430 9.0 在运行 11 俄罗斯 Yakshunovskoe 含水层 1960 — 27 000 — 12.0 在运行* 12 阿根廷 Diadema Field 枯竭油气藏 2015 90%H2+— — 600~800 — — 13 奥地利 Underground Sun 枯竭油气藏 1964 20%H2+80%CH4 — 500~1 000 7.8 在运行 注：表中“—”表示未发现，下同；*表示储天然气。 3) 压缩空气储能
目前，在全球多个国家已建成压缩空气储能电站，如美国、德国、中国均已在盐穴中建成压缩空气储能电站(表2)。从储存压缩空气的地下空间类型来看，以盐穴为主，其次是废弃矿井(如采石灰岩、煤炭采后废弃矿井)，利用含水层进行压缩空气储能尚处在试验阶段。
序号 国家 储能站名称 地下储存空
间类型容积/万m3 埋深/m 发电功率/MW 持续放电时间/h 运行效率/% 建成年代 1 德国 Huntorf 盐穴(盐岩) 31 600 290 2 42 1978 2 美国 Mcintosh 盐穴 56 450 110 26 54 1991 3 美国 Norton 废弃矿井(石灰岩) 957 670 2 700 — — 2001 4 日本 上砂川盯 废弃矿井(煤) — 450 2 — — 2001 5 中国 云冈矿 废弃矿井(煤) — — 60 — — 2019 6 中国 肥城 盐穴 — 800~1 000 10 4 60.7 2021 7 中国 金坛 盐穴 — 1 000 60 60 2022 1.3.2 地下储战略物资
1) 战略石油储备(SPR)
深部地下空间是战略石油储备的主要场所，其中盐穴和水封硐室是主要的地下储存战略石油的空间类型，目前战略石油储备量已成为衡量国家实力的关键指标。1977年美国在墨西哥湾开始建设盐穴储油库，现已建成4座盐穴型储油库群(表3)，战略石油储备量达7.14亿桶[8,40]，占整个美国战略石油储备量的90%；德国也是利用盐穴大量储存战略石油的西方国家之一，储存量占德国储备石油的50%。另外，法国、日本、韩国等利用地下硬岩建设了大量水封硐室储油库。目前，美国、德国和法国的战略石油储备量可以满足其国内90 d以上的消费，在稳定原油市场价格稳定方面起到重要作用。
表 3 世界上已建成储油库概况Table 3. Completed underground oil storage facilities in the world序号 储库名称 国家 地下储存空间类型 储备物资类型 储备能力/亿桶(欧佩克标准) 备注 1 Bayou Choctaw 美国 盐穴 战略储备原油 0.76 2 Big Hill 美国 盐穴 战略储备原油 1.7 3 Bryan Mound 美国 盐穴 战略储备原油 2.471 4 West Hackberry 美国 盐穴 战略储备原油 2.204 5 Weeks Island 美国 盐穴 战略储备原油 0.7 已关闭 6 Rüstringen 德国 盐穴 战略储备原油 — 储存空间1 000万m3 7 Heide 德国 盐穴 战略储备原油 — 8 Lesum 德国 盐穴 战略储备原油 — 9 Sottorf 德国 盐穴 战略储备原油 — 10 Manosque 法国 盐穴 储备原油和成品油 — 储存空间817万m3 11 舟山 中国 水封硐室 战略储备原油 0.278 12 镇海 中国 水封硐室 战略储备原油 0.265 13 大连 中国 水封硐室 战略储备原油 0.152 14 黄岛 中国 水封硐室 战略储备原油 0.175 地下水封硐室是我国地下储存战略石油的主要地下空间类型，1976年我国在浙江象山首次建成地下水封硐室型储油库，2014年在浙江舟山和镇海、辽宁大连、山东黄岛等4地建成国家石油储备一期工程[41-43]，储备原油1 243万t。但是与西方发达国家相比，我国战略原油储备量还较少，只能满足40 d的消费量[40]，抵御战争风险及原油市场价格的能力弱。另外，我国原油对外依存度高达73%[30]，亟需加快开拓盐穴储存战略石油的新场景。
2) 地下战略储氦
目前，世界上有4座地下储氦库，储存空间类型主要为枯竭气藏和盐穴(表4)。1963年美国在Cliffside气田注入粗氦，建成世界上第一座枯竭气藏型储氦库。1979年俄罗斯开始建设Orenburg盐穴储氦库，用于储存粗氦，成为世界上第一座盐穴储氦库[44-46]。最近几年，法国(建设在德国盐穴中)和美国的商业公司利用盐穴成功建设了高纯度盐穴型储氦库。我国是用氦大国，2022年氦气年需求量约2 200万m3，进口依存度达95%[47]，但我国目前还没有建成地下战略储氦库，亟需研发地下空间储氦技术。
表 4 世界上已建成储氦库概况Table 4. Completed underground helium storage facilities in the world序号 储氦库名称 国家 地下储存空间类型 注入氦气体积分数/% 储氦量/亿m3 建成年代 1 Cliffside 美国 枯竭气藏 粗氦，平均70 12 1963 2 Orenburg 俄罗斯 盐穴 粗氦，70~93 0.6 1979 3 Epe 德国 盐穴 >95 0.6 2016 4 Beaumont 美国 盐穴 >95 1.2 2021 1.3.3 地下储废
1) 地下储存核废料
现今全球有400余座核电站，预计2030年全球核废料产生量将达到50万t。放射性核废料安全处置，直接关系到人类的安全健康生活，其中利用地下空间储存核废料是唯一一种全球公认的安全可靠的处置方法，早在1965年德国就利用地下废弃盐穴进行核废料处置[48]，中国、法国、美国等也在距离地表深500~1 000 m的盐岩层、花岗岩层、黏土岩或凝灰岩层中进行核废料处置。
2) CO2地质封存
2015年12月通过的《巴黎协定》规定将全球平均气温较前工业化时期上升幅度控制在2 ℃以内[49]，而深部地下储存空间中埋存CO2技术，已成为控制全球温控目标的关键托底技术。目前，CO2地质封存方式主要有枯竭油气藏、利用CO2提高油气采收率、深部咸水层(纯封，只注不采)、利用CO2提高煤层气采收率等4种方式。早期CO2地质封存项目主要是利用CO2提高油气采收率[50]，在1996年之后才出现CO2咸水层地质封存项目[20]，截至目前，全球绝大多数CO2地质封存项目是利用CO2提高油气采收率项目[21]，仅建成十余座CO2咸水层地质封存项目(表5)，其中年封存百万吨的场址6个，利用CO2提高煤层气采收率方面的应用还处于试验阶段[51-52]。
表 5 世界上主要的咸水层CO2地质封存项目概况Table 5. Primary projects CO2 geological storage on saline aquifers in the world序号 项目名称 国家 级别 开始注入年代 最大CO2注入速率/(Mt·a−1) 1 Sleipner 挪威 示范工程 1996 1.0 2 Frio 美国 先导试验 2004 0.1 3 In Salah 阿尔及利亚 示范工程 2004 1.3 4 Snøhvit 挪威 示范工程 2008 0.7 5 SECARB Early 美国 示范工程 2009 1.0 6 Brindisi 意大利 先导试验 2012 1.2 7 Gorgon 澳大利亚 示范工程 2014 4.5 8 Quest 加拿大 商业应用 2015 1.2 9 神华鄂尔多斯 中国 先导试验 2015 0.1 10 海油恩平 中国 示范工程 2023 0.3 我国已建和规划的CO2地质封存项目接近百个，但绝大部分是利用CO2提高油气采收率方面，CO2咸水层地质封存方面，已建成的有神华(现归国家能源集团)鄂尔多斯10万t/a咸水层地质封存项目和中海油恩平30万t/a咸水层地质封存项目，陕西煤业化工集团正在建设40万t/a咸水层地质封存先导试验项目[52]。整体来看，相较西方国家，我国在CO2咸水层地质封存技术研发方面起步较晚，目前还没有建成年注入百万吨的咸水层CO2地质封存项目，该技术有待攻克。
1.3.4 其他利用方向
地下储存空间的其他利用方向主要包括建设地下医院、地下观光及地下储水库。1965年乌克兰在地下废弃盐矿井中建成一所疗养医院，德国及美国等利用废弃矿井建设了地下博物馆和旅游景区[17]，2010年我国利用煤矿井建设了地下储水库[25]。随着全球社会进步及经济发展，未来对地下储存空间的利用场景将越来越多元。
2 深部地下储存空间利用理论、技术及科学问题
2.1 不同类型深部地下储存空间的差异性
不同的深部地下储存空间具有不同的特点，不同的储存物质具有不同物理化学性质，这就决定了不同的深部地下储存空间利用场景、理论及技术具有较大差异性(表6)。其中，地下多孔介质是靠粒间孔隙储存物质，孔隙之间由孔喉连通性、孔喉大小限制着可注性及流动性，因此注入物质的分子直径越小越容易注入和采出，所以地下多孔介质主要用于储存气体类物质，如天然气、CO2、H2、He等。
表 6 不同类型地下储存空间的多元化利用场景Table 6. Diversified utilization scenarios of various DUSS应用场景 储存空 间类型 天然多孔介质 人造空间 枯竭油气藏 地下含水层 盐穴 矿井、硐室 储气 世界上已建成500余座枯竭
油气藏型储气库，主要分布
在欧美、独联体国家及中国世界上近90余座含水层储气库，主要分布在美国、俄罗斯、
法国等，我国还没有建成世界上已建成近百座盐穴储气库，是主要的调峰储气设施，主要分布在欧盟、美国、
俄罗斯及中国等世界上共有3座煤矿地下储气库，分布在美国和比利时 储油 — — 美国墨西哥湾盐穴群储油，德国、法国均有盐穴储油设施；中国还没有建设 韩国、日本、中国、东南亚等均有建成地下水封硐室储油库 CO2地质封存 以CO2利用为主，主要进行CO2驱油，在欧美、中国均有应用 美国、挪威已建成100万t地下咸水层CO2封存；中国建成10万t地下咸水层CO2封存 — — 储氢 以混合气形式储存，氢气含量比例低，奥地利和阿根廷已
建成以混合气形式储存，氢气含量比例中等，德国、法国、
捷克等已建成最适合储存氢气，可以储存纯度达90%上的氢气，美国、
德国、英国等已建成
盐穴储氢库适合改建，美国、中国等开展过改建评价工作 储氦 美国建成1座枯竭气藏储氦库 — 世界上有2座地下盐穴储氦库，美国和俄罗斯各1座 — 储存核废料 — — 德国在盐穴中已储存
大量核废料荷兰将放射性废物放置在废弃煤矿中，瑞典等多个国家在花岗岩硐室内储存核废料 压缩空气储能 — — 美国、德国在盐穴中成功建设，中国在江苏金坛已成功建设压缩空气储能电站 日本在废弃煤矿中建成压缩空气储能电站；中国正在大同云冈废弃矿井中建设；韩国、美国在矿洞内建成压缩空气储能电站 地下人造空间是靠人造挖掘的大型孔洞储存物质，利用场景较多，不仅能够储存气体、液体、固体，还能用于建设地下生活设施。但是不同的储存空间类型应用场景不同，如盐穴，由于其天然密封性好，不易与储存物质发生化学反应，是天然气、石油、H2、He、压缩空气的最有利储存空间类型。人工硬岩硐室具有低渗性及高稳定性特点，在储油、储核废料及压缩空气方面应用较多。采矿留下的采空区应用场景也比较广泛，在作为天然气、压缩空气、水的储存场所方面具有广阔的应用空间。
2.2 深部地下储存空间利用理论研究进展
2.2.1 天然多孔介质型
国外储气库建设起步早，建库地质条件以构造相对简单的背斜、储层中高渗透性、盖层封闭性好、埋深浅为特征，其储气库建设理论研究侧重点是如何提高储气容量及储气效率。我国建库地质条件复杂多变，具有构造运动期次多、储层中低渗且非均质性强、成岩作用复杂、断层发育等特点，因此，我国储气库建设理论主要研究复杂地质条件下建库难点，主要包括储库地质体评价理论、库容相关理论、储气库动态密封理论等。
1) 储气库地质体评价理论
储气库建设地质评价工作是储气库建设的基础。由于国外建库地质条件简单，多侧重于储气库建设构造、储层的评价[53-56]，没有把储气库的各个组成部分作为统一的整体进行研究。而我国枯竭油气藏改建储气库具有构造破碎、储层强非均性的特点，必须把储气库的各个组成部分作为有机统一的整体进行研究，才能优选出合适的建库场址。针对这一缺陷，在借鉴国外经验的基础上，2019年魏国齐等[22]提出了储气库地质体及储气库地质理论的概念，认为储气库地质体是一个由储层、盖层、断层、上下监测层及相关油气水流体组成的一个或多个圈闭构成，对天然气多周期注采具备“纵向封存、横向遮挡、渗漏监测”的地质单元，创建了以储气地质体为评价对象、以储气圈闭构造地质学、储气空间储存地质学、交变载荷岩石力学、孔隙空间动用渗流力学等为主要内容的储气库地质理论体系，并应用于解决储气地质体长期有效密封和强非均质性地层高速注采动用两大核心科学问题。
2) 库容相关理论
库容量是深部地下储存空间建设储集设施的关键指标，如何合理准确计算库容量，是储集设施设计的关键。库容量计算的理论依据是物质守恒原理，即在注采或封存过程中压力、容积与物质数量相互守恒。目前国内主要应用容积法、物质平衡法和数值模拟等方法来计算储气库的库容量，由于建库地质体存在枯竭气藏、枯竭油藏、枯竭气驱油藏及含水层圈闭的差异，采出气体孔隙空间不完全等于储气库的有效储气空间，储气孔隙空间储存的气体不等于储气库的有效库容量，不同学者建立了不同计算理论模型和方法[57-59]，促进了我国库容量计算理论的发展。另外，在低渗储层中进行建库时，受岩性横向变化、储层物性非均质及三维精细地质建模精度的影响，目前还没有一种相对完善的计算方法来精确计算库容量，致使我国已建设的储气库在运行过程中很难达到设计库容，因此，持续研究低渗非均质性储层建库库容计算理论是未来我国储气库建设的热点之一。
地下储气层的天然容积是相对固定的，上限压力决定了在有限储气空间条件下储气库库容的大小，因此在储气库运行期间，运用气体可压缩性的物理特性，提高储气库上限运行压力，可增加储气库库容量和工作气量，像美国、俄罗斯、法国等国家的气藏型储气库都采用过提高上限压力来增加储气库储气量，且运行上限压力均超过原始地层压力。我国也针对这一理论进行了大量研究工作，如马新华等[58]提出了复杂地质条件下储气库“极限动用”理论，通过确定盖层极限承压能力、断层极限承压能力及井筒极限承压能力的研究，确定储气库地质体极限承压能力，从而实现储气库地质体在上限压力条件下最大库容。胡彩云等[59]研究发现气顶砂岩油藏型储气库上限压力较原始地层压力大4.7 MPa，而根据上限压力计算的库容量较原始地层压力计算的库容量增长了约17.3%。
咸水层CO2地质实际封存量(库容量)是CO2地质封存源汇匹配、场址建设参考的主要参数之一[60-65]。由于咸水层CO2地质封存存在圈闭封存、矿化封存、溶解封存等多种封存机理[66-74]，不同封存机理的封存方式和时间效应存在较大差异，不同机理能够封存的CO2量还没有统一的计算方法，这也是不同学者研究同一区域，计算出不同封存量的原因，因此，未来一段时间内咸水层CO2地质实际封存量计算方法仍是该领域研究的重点方向之一，这也是进行大规模CO2地质封存选址的关键。
3) 储气库动态密封理论
储气地质体密封性评价是储气库选址、提压运行的基础。储气库密封性评价理论经历了早期的静态密封评价阶段和现阶段的动态密封评价阶段，二者不同之处是动态密封评价要考虑储气库内气体压力、温度、地层应力等多种因素的动态变化，以确保储气库在动态因素影响下的密封性。由于中国构造运动剧烈，储气构造断裂发育，在储气库高低压交变的运行工况下，确保密封性能随时间和工况的变化情况至关重要。当注气时，储气库内压力升高，会改变周围地层的应力分布；采气时压力降低同样会引起应力变化，如果应力变化超过地层岩石或储气库结构(如断层、盖层等)的承受能力(图5)，就可能导致岩石孔隙结构变化、产生裂缝或者使已有的密封结构失效，影响储气库的动态密封性能。在此背景下，发展了储气库动态密封理论[58,79]，其内涵是研究评价储气库高低压循环注采工况下，储气库封盖层与断层的毛细管力、抗张抗剪力与储气层的流体压力，地应力之间相互作用、互为约束的一种新型动力学，该理论揭示了储气库交变载荷状态引起密封能力变化规律，融合了岩石物理学、地质力学、流体力学等相关原理，解决了储气库选址、设计、运行、监测全生命周期的动力学问题。目前，储气库动态密封性研究难点主要包括储气地质体精细表征、断层和盖层动态密封弱化机制、地震活动对储气地质体致灾机理、储气库提压运行技术、储气库地质体动态密封性失效风险评价技术等5个方面。
![]()
注：图中：σ为正应力，MPa；σ1为最大主应力，MPa；σ3为最小主应力，MPa；σn为垂直断面的应力分量，MPa；T为盖层抗拉强度，MPa；τ为剪切应力，MPa；Δp为注入流体引起的流体压力增加值，MPa；Δt为注入冷流体引起地层温度降低值， ℃；ΔσT为注入冷流体引起断面上有效应力降低值，MPa。2.2.2 人造空间型
与国外相比，我国在人造空间型地下储存空间利用理论方面取得了一系列特色理论技术，涉及层状盐岩盐穴及煤矿地下水库建设理论。
1) 层状盐岩盐穴建设理论
国外盐穴多是建在盐丘之上，具有盐层厚、夹层少、不溶杂质含量低、成腔率高的特点，而我国盐岩具有盐层薄、夹层多、杂质含量高、建库条件差、造腔设计难度大的特点，致使国外盐穴建造理论不能指导我国层状盐岩盐穴建设。针对这一难点问题，2008年杨春和院士[30]提出了适于我国层状盐岩型储库的一套建设理论体系，主要包括层状盐岩力学理论、层状盐岩损伤和扩容特性的本构理论、层状盐岩储库整体稳定性评价理论等，为我国层状盐岩储库建设奠定了基础，指导了我国江苏常州金坛首座层状盐岩型储气库的建设。在此基础上，杨春及其团队提出深部地下能源储备(深地储能)的概念，拓展了层状盐岩储库理论应用范畴[4,23,80]。
2) 煤矿地下水库建设理论
我国晋、陕、蒙、宁、新地区煤炭储量和产量分别占全国的 82% 和 76%，是我国煤炭主产区，该区域严重缺水，水资源仅占全国6.7%，制约煤炭开发转化利用和地表生态修复等工作。但另一方面，我国每年煤炭开采产生大量矿井水，约80亿m3，但矿井水利用率仅为40%左右，每年约 50亿m3矿井水未得到有效利用，相当于我国工业和民用缺水量的50%。针对我国西部富煤(晋、陕、蒙、宁、新)地区干旱缺水、规模化煤炭开采产生的大量地下水浪费严重等问题，2015年顾大钊院士创新性提出了“导储用”为核心的煤矿地下水保护与利用理念，在世界上首次利用煤矿矿井建成了煤矿地下水库[25]，并建立了煤矿地下水库理论与技术体系，涵盖煤矿地下水库设计、建设和运行三大理论技术体系。截至目前，应用煤矿地下水库理论与技术体系在神东等矿区累计建成35座煤矿地下储水库[81]，最大储水量3 500万m3，为矿区供应了95%以上的生产、生活和生态用水，并为周边电厂和煤制油工程供水，为我国西部煤炭绿色高效开采开辟了新思路。
2.3 深部地下储存空间高效利用技术进展
2.3.1 天然多孔介质型
用于改建储集设施的天然多孔介质型地下储存空间往往需要具备“储得多、封得住、注得进、采得出、可监控”等6个特性[22]，其中“封得住”是最关键特性，解决这个6个特性的技术也是天然多孔介质型地下储存空间高效利用的关键技术。“储得多”需要改建储集设施的场址具有大规模的圈闭和储层，以保证足够的储存空间；“封得住”需要改建储集设施的圈闭具有较好的完整性及封闭性，防止储存物质的泄漏；“注得进、采得出”需要设施的储层具有较低的地层压力及较高的孔渗，使储存物质能够高效注入和采出；“可监控”需要评价改建储集设施圈闭潜在泄漏点及泄漏之后的运移方向，进而布置监测设备，使储集设施安全运行。
1) 枯竭油气藏型
目前，利用枯竭油气藏改建储库的关键技术相对成熟，已建立了相对完善的技术标准体系(图6)。由于枯竭油气藏勘探开发过程中积累了大量资料及地质认识，不需要前期的勘探投入，所以欧美国家在建设储气库时，优先选择枯竭油气藏建设储库，并形成一系列建库关键技术，如枯竭油气藏型精细地质表征、库容参数设计、盖层密封性评价、断层封堵及活化评价、老井封堵处理、注采工艺优化、储库安全监测等[82]。
![]()
图 6 国内外深部地下储存空间利用相关技术标准体系Figure 6. Domestic and international technical standard systems for DUSS utilization2) 含水层型
与枯竭油气藏相比，含水层勘探程度相对较低，建库周期长，前期需要大量的勘探投入，国外含水层型储库建设关键技术主要涉及选址评价、圈闭精细描述、密封性评价、库容参数设计、人工气顶形成数值模拟、监测等[83-84]。目前，我国还没有建成的含水层型储气库，还处在选址评价阶段，仅在个别含水层圈闭进行过干扰性试验[84]。国外含水层储库建库地质条件相对简单，多建在完整的背斜构造上，储层物性好，埋深浅，且分布稳定，而我国东部地区的盆地多是小而碎的断陷盆地，构造特征复杂，埋藏深度大，物性差，且非均质性强。因此，亟需建立适合我国复杂地质特征的含水层型储库建库技术系列。
2.3.2 人造空间型
人造空间型地下储存空间必须具备“封得住、稳得住、可监控”等3个特性。目前，在“封得住”方面，盐穴型储库形成了选址建库条件评价及密封性评价技术，水封硐室型储库形成了选址评价及内衬密封材料相关技术；在“稳得住”方面，确保在交互注采过程中地质体和盐穴腔体不发生变形，形成了可控式造腔技术及基于岩石力学实验的人造空间稳定性评价技术；在“可监控”方面，形成了包括微地震监测、痕量气体示踪剂检测等多种技术手段。
1) 盐穴型
目前我国已经形成埋深小于1 500 m的层状盐岩建库的系列关键技术，包括选址评价、可控式造腔、稳定性评价等，但是深层盐穴建库关键技术还需攻克。我国东部是能源消费的主要区域，需要建设大量储气库进行应急保供及调峰，但东部许多适合建设盐穴储气库的盐层埋深多大于1 500 m，深部盐岩层温度高，蠕变性强，严重影响盐穴储库的稳定性，需攻克深层盐穴建库选址、稳定性评价等关键技术。
在采盐老腔利用方面，由于老腔改建盐穴储库具有可缩短建库时间，可减少建库投资和造腔卤水销路压力等优点，我国有500口以上的老腔资源，如果形成完整的老腔改造利用技术，将带来较大的经济效益。目前，我国初步形成了老腔改造利用技术，在江苏金坛成功筛选了老腔[85]，并改建为盐穴储气库，但我国盐岩发育地质条件复杂，采盐井情况差异大，在老腔筛选、老腔密封性评估、老腔监测、老腔形态探测等技术方面还不完善，需要持续研究。
此外，盐穴是储氢、石油、氦的最优地下储存空间，目前我国还处于试验阶段。层状盐穴储库具有夹层多的特点，氢气、石油、氦气与夹层反应机理及对盐穴储库密封性、稳定性的控制机制需要攻克[86-90]，需形成层状盐穴储氢、石油、氦的安全性评价技术。
2) 废弃矿井型
我国拥有大量的废弃矿井[91-93]，废弃矿井型地下储存空间利用前景广阔。目前，我国已初步形成煤矿地下水库建设技术系列，包括水源预测、水库选址、库容设计、坝体构建、管网建设、安全运行和水质保障等七大关键技术。在废弃矿井深部空间大规模储能利用方面，如废弃矿井改建储气库、储压缩空气库、储油库及储氢库等[94-95]，我国还处于探索试验阶段。相关学者提出关闭/废弃矿井抽水蓄能和改建储气库利用技术的设想，对废弃矿井库址筛选和配套工程技术进行了初步探讨[15,17-19]，但还没有进行工程技术实践。我国地质条件复杂，聚煤期次多，不同盆地废弃矿井地质条件差异大，未来在废弃矿井利用方面，需充分结合废弃矿井地质条件，建立适用于不同应用场景的废弃矿井改建储库的选址评价技术、参数指标及工程建设技术。
2.4 深部地下储存空间高效利用的关键科学问题
安全性是地下储存空间高效利用的永恒关键科学问题，也是地下储存设施建设选址评价的核心问题，主要涉及地下储存空间的稳定性、密封性及可监控性(图7)。稳定性方面，断层失稳及人造空间(腔体、硐室等)形态变形是主要表现，断层活化临界条件及人造空间失稳机理是稳定性评价的基础理论研究，如何定量表征断层活化、人造空间性能演化过程、多场耦合下储集体与储存介质之间水岩反应对稳定性影响等是稳定性评价的关键技术难题。密封性方面，构建多场耦合作用下交互注采时断层/盖层动态密封性评价方法、建立断层/盖层潜在失效风险及位置评估技术、表征多场耦合下储集体与储存介质之间水岩反应对围岩密封性影响等是密封性评价的关键技术难题[96]。可监控性方面，地下储存空间中流体运移趋势表征、流体运移监测技术、“空−天−地−井”四位一体的高效监测技术体系、监测装备研发是可监控性面临的关键技术难题。
![]()
图 7 地下储存空间高效利用的关键科学问题Figure 7. Key scientific issues concerning the efficient DUSS utilization3 我国深部地下储存空间利用存在的问题、对策及前景展望
3.1 问 题
我国深部地下储存空间利用起步时间较欧美等国家晚，大规模利用地下储存空间的历史短，目前我国深部地下储存空间利用存在的问题主要表现为“家底不清、数量少、类型单一、场景单一”。
(1) 目前我国适合改建储集设施的深部地下储存空间家底不清。以枯竭油气藏型地下储存空间为例，枯竭油气藏资源主要掌握在中石油、中石化、中海油及延长石油等油企，没有建立全国性的统一台账家底。另外像废弃矿井，我国到2030年废弃矿井数量将达15 000处[91-92](包括采盐形成的老腔)，这些废弃矿井情况不一，是否能被重新利用还没有进行系统评估。
(2) 我国建成的地下储集设施数量较欧美等国家少。以储油气库为例，美国拥有枯竭油气藏型、盐穴型、含水层型及矿井型储油气库400余座，而我国拥有的储油气库不到30座[30]，各类储油气库建设前景广阔。
(3) 我国地下储集设施建设类型单一。以储气库为例，我国建成的储气库主要是枯竭油气藏型和盐穴型，还没建成含水层型储气库，需要加强含水层型储气库建设关键技术研究，拓展地下储气库建设类型。
(4) 我国建成的各类型储库的利用场景单一，比如盐穴型储库，目前主要用于储集天然气和压缩空气，还没有应用到储油、储氦、储氢等场景，需要加强储库利用新场景关键技术研究，拓宽各类型储库利用场景。
3.2 对 策
针对我国深部地下储存空间利用存在的问题，应在深部地下储存空间利用方面加强“普查、协作、研究、教育”等四方面的工作。
1) “普查”
在全国范围内，由政府牵头，协同石油、煤炭、采盐、采金属矿等企业，调查枯竭油气藏、含水层、废弃矿井、采盐老腔等分布情况，摸清不同地下储存空间类型资源家底，试点废弃矿井和采盐老腔矿权轮换政策，按利用场景进行划分，优选、推荐潜在建设场址。
2) “协作”
在深部地下储存空间矿权分布方面，我国不同地下储存空间类型被不同企业掌握，其中枯竭油气藏型及含水层型地下储存空间主要分布在沉积盆地中，主要被能源企业掌握，比如中石油、中石化、中海油、国家能源集团等；而盐岩资源主要被采盐企业和地方政府掌握，各类资源需要统一整合，进行整体布局。此外，像CO2地质封存所需的咸水层资源，主要分布在我国松辽盆地、鄂尔多斯盆地、塔里木盆地、四川盆地、准噶尔盆地等中，这些盆地是我国主要的含油气盆地，矿权主要被中石油、中石化、中海油等石油类企业掌握，但是我国的排碳大户主要是火电、化工、钢铁水泥等企业，这些企业在进行咸水层封存时，会面临封存场址矿权争议，咸水层CO2地质封存项目推行时，困难重重。因此，从国家层面进行顶层设计布局，推动不同企业之间的协同合作，以高效利用地下储存空间。
3) “研究”
我国地下储存空间利用时间短，技术积累不足，需要在地下储集设施建设理论和技术方面进行大量研究工作，如盐穴大规模储油、储氢、储氦等方面的理论和关键技术研究。另外，我国还没有建成年注入百万吨的咸水层CO2地质封存项目，需要在百万吨级咸水层CO2封存选址、高速注入及长期运行监测体系等关键技术方面进行研究。我国废弃矿井资源丰富，攻关研究废弃矿井在储气、储压缩空气、储油、储氢等方面的理论和技术难题，使废弃矿井“变废为宝”。
4) “教育”
由于我国地下储存空间利用起步时间晚，涉及专业方向多，如地质学、岩石力学、钻井工程、材料科学、信号探测等，各大院校还没有开设相关交叉性学科，致使目前我国地下储集设施建设方面的专业化人才缺乏。为了满足未来低碳清洁能源对地下储集设施建设的需求，应加强地下储存空间利用方向交叉学科的建设，培育相关专业人才，对高效利用地下储存空间非常迫切。
3.3 前景展望
在“双碳”目标愿景下，我国深部地下储存空间发展前景广阔，未来深部地下储集设施将会与风光电、天然气、绿氢、碳埋存及矿井水等产业进行匹配，其建设前景具有千亿级别规模[97]，具有催生新技术及新产业的潜力。
1) 与风光电产业匹配的压缩空气储能库
风电、光电具有地域性和时域性特点，受天气、黑白天影响，不能形成稳定性电能，很难并入国家电网，而利用地下储存空间进行压缩空气储能，把不稳定的风光电能储存在地下巨型“充电宝”中，是解决风光电不稳定性弊端的有效手段。
2) 与天然气产业匹配的储气库
目前，我国储气库工作气量还较低，距离调峰所需的15%消费量仍具有较大差距[31]，储气库行业发展空间大。储气库作为天然气行业的中转“银行”，其发展有利于天然气“产–运–储–销”产业链的健康发展，是保障天然气价格稳定及能源安全的重要工具。
3) 与绿氢产业匹配的储氢库
未来的终极能源是氢能，绿氢产业将得到巨大的发展，地面储罐将无法满足绿氢制备规模的发展，地下储氢库将会被大量建设，因此，绿氢产业将形成“风光–制–储–销”的产业链，储氢库在产业链中发挥着“中转站”的作用。
4) 与碳埋存产业匹配的CO2地质封存
碳埋存行业是CCS“捕–输–埋”产业链的下游环节，碳埋存行业的成本降低及技术发展，将带动上游捕集业和中游运输业向前发展，从而促进CCS全产业链的健康发展。将来随着整个CCS产业链成本降低及碳排放权交易法制化的推进[98]，碳埋存行业将会快速发展，并形成新的产业创新点及增长点。
5) 与矿井水产业匹配的煤矿地下水库
陕甘宁蒙煤矿主产区干旱缺水，而规模化煤炭开采又浪费大量矿井水，因此，依托煤炭矿井地下水库建设技术体系，建设一批煤矿地下水库，将矿井水储存起来，并形成“产–储–净–用”的产业链，为矿区生态修复、生活、工业提供用水。
4 结 论
(1) 地下储存空间主要包括天然多孔介质型和人造空间型，其利用主要经历3个阶段：初期发展阶段(1915—1945年)、快速发展阶段(1946—1998年)、中国追赶到同步发展阶段(1999年至今)。
(2) 地下储存空间的应用场景总体由早期的单一化向目前的多元化演化，早期地下储存空间的应用场景主要是储气库，目前主要有4个方面的应用场景，包括储能、储战略物资、储废、储水库等。不同的地下储存空间利用场景存在差异，天然多孔介质型主要用于储存气态小分子物质，而人造空间型应用场景较多，气态、液体及固体物质均可储存。
(3) 我国在层状盐岩型储库及煤炭地下水库建设理论和技术方面，具有世界独创性和领先性，并发展了复杂地质条件下建设储气库地质体理论和动态密封性理论。在咸水层CO2地质封存、深层盐穴建库关键技术、废弃矿井深部空间大规模储能利用及盐穴储氢关键技术方面需加强技术攻关。目前，我国地下储存空间利用存在“数量少、类型单一、场景单一”的问题，需要政府部门进行顶层设计，在地下储存空间利用方面加强“普查、协作、研究、教育”等4方面的工作。
(4) 未来我国低碳清洁能源的发展需要利用大量的深部地下储存空间，二者契合度高，与压缩空气储能库匹配的“风光–储–输–销”链、与储气库匹配的“产–运–储–销”链、与储氢库匹配的“风光–制–储–销”链、与碳埋存匹配的“捕–输–埋”链、与储水库匹配的“产–储–净–用”链等均具有广阔的发展前景。
-
![]()
![]()
图 6 国内外深部地下储存空间利用相关技术标准体系
Fig. 6 Domestic and international technical standard systems for DUSS utilization
![]()
图 7 地下储存空间高效利用的关键科学问题
Fig. 7 Key scientific issues concerning the efficient DUSS utilization
序号 国家 储氢库名称 储存
空间类型建成
年代储氢方式 存储量/
万m3深度/m 运行压
力/MPa目前状态 1 美国 Clemens 盐穴 1983 95%H2+— 58 930 7.5~13.5 在运行 2 美国 Moss Bluff 盐穴 2007 95%H2+— 56.6 822 5.5~15.2 在运行 3 美国 Spindletop 盐穴 2014 95%H2+— 90.6 1340 6.8~20.2 在运行 4 英国 Teesside 盐穴 1972 95%H2+4%CO2 21 350 4.5 在运行 5 德国 Kiel 盐穴 1971 60%H2+— 3.2 1330 80.0~10.0 关闭 6 德国 Ketzin 含水层 1964 62%H2+— 13 000 200~250 — 在运行* 7 德国 Bad Lauchstadt 含水层 — 50%H2+— — — — 在运行* 8 德国 Engelbostel 含水层 — 50%H2+— — — — 关闭 9 法国 Beynes 含水层 1983 50%H2+— 33 000 430 11.0 在运行 10 捷克 Lobodice 含水层 1989 50%H2+12%CO2+22%CH4 — 430 9.0 在运行 11 俄罗斯 Yakshunovskoe 含水层 1960 — 27 000 — 12.0 在运行* 12 阿根廷 Diadema Field 枯竭油气藏 2015 90%H2+— — 600~800 — — 13 奥地利 Underground Sun 枯竭油气藏 1964 20%H2+80%CH4 — 500~1 000 7.8 在运行 注：表中“—”表示未发现，下同；*表示储天然气。 
下载: 导出CSV
序号 国家 储能站名称 地下储存空
间类型容积/万m3 埋深/m 发电功率/MW 持续放电时间/h 运行效率/% 建成年代 1 德国 Huntorf 盐穴(盐岩) 31 600 290 2 42 1978 2 美国 Mcintosh 盐穴 56 450 110 26 54 1991 3 美国 Norton 废弃矿井(石灰岩) 957 670 2 700 — — 2001 4 日本 上砂川盯 废弃矿井(煤) — 450 2 — — 2001 5 中国 云冈矿 废弃矿井(煤) — — 60 — — 2019 6 中国 肥城 盐穴 — 800~1 000 10 4 60.7 2021 7 中国 金坛 盐穴 — 1 000 60 60 2022
下载: 导出CSV
表 3 世界上已建成储油库概况
Table 3 Completed underground oil storage facilities in the world
序号 储库名称 国家 地下储存空间类型 储备物资类型 储备能力/亿桶(欧佩克标准) 备注 1 Bayou Choctaw 美国 盐穴 战略储备原油 0.76 2 Big Hill 美国 盐穴 战略储备原油 1.7 3 Bryan Mound 美国 盐穴 战略储备原油 2.471 4 West Hackberry 美国 盐穴 战略储备原油 2.204 5 Weeks Island 美国 盐穴 战略储备原油 0.7 已关闭 6 Rüstringen 德国 盐穴 战略储备原油 — 储存空间1 000万m3 7 Heide 德国 盐穴 战略储备原油 — 8 Lesum 德国 盐穴 战略储备原油 — 9 Sottorf 德国 盐穴 战略储备原油 — 10 Manosque 法国 盐穴 储备原油和成品油 — 储存空间817万m3 11 舟山 中国 水封硐室 战略储备原油 0.278 12 镇海 中国 水封硐室 战略储备原油 0.265 13 大连 中国 水封硐室 战略储备原油 0.152 14 黄岛 中国 水封硐室 战略储备原油 0.175
下载: 导出CSV
表 4 世界上已建成储氦库概况
Table 4 Completed underground helium storage facilities in the world
序号 储氦库名称 国家 地下储存空间类型 注入氦气体积分数/% 储氦量/亿m3 建成年代 1 Cliffside 美国 枯竭气藏 粗氦，平均70 12 1963 2 Orenburg 俄罗斯 盐穴 粗氦，70~93 0.6 1979 3 Epe 德国 盐穴 >95 0.6 2016 4 Beaumont 美国 盐穴 >95 1.2 2021
下载: 导出CSV
表 5 世界上主要的咸水层CO2地质封存项目概况
Table 5 Primary projects CO2 geological storage on saline aquifers in the world
序号 项目名称 国家 级别 开始注入年代 最大CO2注入速率/(Mt·a−1) 1 Sleipner 挪威 示范工程 1996 1.0 2 Frio 美国 先导试验 2004 0.1 3 In Salah 阿尔及利亚 示范工程 2004 1.3 4 Snøhvit 挪威 示范工程 2008 0.7 5 SECARB Early 美国 示范工程 2009 1.0 6 Brindisi 意大利 先导试验 2012 1.2 7 Gorgon 澳大利亚 示范工程 2014 4.5 8 Quest 加拿大 商业应用 2015 1.2 9 神华鄂尔多斯 中国 先导试验 2015 0.1 10 海油恩平 中国 示范工程 2023 0.3
下载: 导出CSV
表 6 不同类型地下储存空间的多元化利用场景
Table 6 Diversified utilization scenarios of various DUSS
应用场景 储存空 间类型 天然多孔介质 人造空间 枯竭油气藏 地下含水层 盐穴 矿井、硐室 储气 世界上已建成500余座枯竭
油气藏型储气库，主要分布
在欧美、独联体国家及中国世界上近90余座含水层储气库，主要分布在美国、俄罗斯、
法国等，我国还没有建成世界上已建成近百座盐穴储气库，是主要的调峰储气设施，主要分布在欧盟、美国、
俄罗斯及中国等世界上共有3座煤矿地下储气库，分布在美国和比利时 储油 — — 美国墨西哥湾盐穴群储油，德国、法国均有盐穴储油设施；中国还没有建设 韩国、日本、中国、东南亚等均有建成地下水封硐室储油库 CO2地质封存 以CO2利用为主，主要进行CO2驱油，在欧美、中国均有应用 美国、挪威已建成100万t地下咸水层CO2封存；中国建成10万t地下咸水层CO2封存 — — 储氢 以混合气形式储存，氢气含量比例低，奥地利和阿根廷已
建成以混合气形式储存，氢气含量比例中等，德国、法国、
捷克等已建成最适合储存氢气，可以储存纯度达90%上的氢气，美国、
德国、英国等已建成
盐穴储氢库适合改建，美国、中国等开展过改建评价工作 储氦 美国建成1座枯竭气藏储氦库 — 世界上有2座地下盐穴储氦库，美国和俄罗斯各1座 — 储存核废料 — — 德国在盐穴中已储存
大量核废料荷兰将放射性废物放置在废弃煤矿中，瑞典等多个国家在花岗岩硐室内储存核废料 压缩空气储能 — — 美国、德国在盐穴中成功建设，中国在江苏金坛已成功建设压缩空气储能电站 日本在废弃煤矿中建成压缩空气储能电站；中国正在大同云冈废弃矿井中建设；韩国、美国在矿洞内建成压缩空气储能电站
下载: 导出CSV
-
[1] TARKOWSKI R,ULIASZ–MISIAK B. Towards underground hydrogen storage:A review of barriers[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews,2022,162:112451. DOI: 10.1016/j.rser.2022.112451
[2] 习近平. 在第七十五届联合国大会一般性辩论上的讲话[R]. 北京:中华人民共和国国务院,2020. [3] 国家统计局. 中华人民共和国2023年国民经济和社会发展统计公报[EB/OL]. (2024-02-29) [2025-02-14]. https://www.stats.gov.cn/sj/zxfb/202402/t20240228_1947915.html. [4] 杨春和,王同涛. 深地储能研究进展[J]. 岩石力学与工程学报,2022,41(9):1729−1759. YANG Chunhe,WANG Tongtao. Advance in deep underground energy storage[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2022,41(9):1729−1759.
[5] 曾大乾,张广权,张俊法,等. 中石化地下储气库建设成就与发展展望[J]. 天然气工业,2021,41(9):125−134. ZENG Daqian,ZHANG Guangquan,ZHANG Junfa,et al. Sinopec’s UGS construction achievement and development prospect[J]. Natural Gas Industry,2021,41(9):125−134.
[6] 陈海生,李泓,徐玉杰,等. 2023年中国储能技术研究进展[J]. 储能科学与技术,2024,13(5):1359−1397. CHEN Haisheng,LI Hong,XU Yujie,et al. Research progress on energy storage technologies of China in 2023[J]. Energy Storage Science and Technology,2024,13(5):1359−1397.
[7] VISHAL V,SINGH T N. Geologic carbon sequestration understanding reservoir behavior[M]. Berlin:Springer Cham,2016.
[8] 李娜娜,赵晏强,王同涛,等. 国际盐穴储能战略与科技发展态势分析[J]. 中国科学院院刊,2021,36(10):1248−1252. LI Nana,ZHAO Yanqiang,WANG Tongtao,et al. Analysis of international salt cave energy storage strategy and scientific and technological development trend[J]. Bulletin of Chinese Academy of Sciences,2021,36(10):1248−1252.
[9] SOFREGAZ. Commercial potential of natural gas storage in lined rock caverns (LRC)[M]. Houston:Department of Energy Federal Energy Technology Center,1999.
[10] SNIDER L A. Overview of geologic storage of natural gas with an emphasis on assessing the feasibility of storing hydrogen[M]. Albuquerque:Sandia National Laboratories,2009.
[11] BECKMAN K L,DETERMEYER P L,MOWREY E H. Natural gas storage:Historical development and expected evolution[M]. Houston:International Gas Consulting,1995.
[12] 闫伟,冷光耀,李中,等. 氢能地下储存技术进展和挑战[J]. 石油学报,2023,44(3):556−568. YAN Wei,LENG Guangyao,LI Zhong,et al. Progress and challenges of underground hydrogen storage technology[J]. Acta Petrolei Sinica,2023,44(3):556−568.
[13] BROWN L W. Abandoned coal mine stores gas for Colorado peak–day demands[J]. Pipe Line Industry,1978,49(3):55−58.
[14] 赵同彬,刘淑敏,马洪岭,等. 废弃煤矿压缩空气储能研究现状与发展趋势[J]. 煤炭科学技术,2023,51(10):163−176. ZHAO Tongbin,LIU Shumin,MA Hongling,et al. Research status and development trend of compressed air energy storage in abandoned coal mines[J]. Coal Science and Technology,2023,51(10):163−176.
[15] 文志杰,姜鹏飞,宋振骐,等. 关闭/废弃矿井抽水蓄能开发利用现状与进展[J]. 煤炭学报,2024,49(3):1358−1374. WEN Zhijie,JIANG Pengfei,SONG Zhenqi,et al. Development status and progress of pumped storage in underground space of closed/abandoned mines[J]. Journal of China Coal Society,2024,49(3):1358−1374.
[16] 何涛,王传礼,高博,等. 废弃矿井抽水蓄能电站基础建设装备关键问题及对策[J]. 科技导报,2021,39(13):59−65. HE Tao,WANG Chuanli,GAO Bo,et al. Key problems and countermeasures for infrastructure equipment of abandoned mine pumped storage power station[J]. Science & Technology Review,2021,39(13):59−65.
[17] 谢和平,高明忠,高峰,等. 关停矿井转型升级战略构想与关键技术[J]. 煤炭学报,2017,42(6):1355−1365. XIE Heping,GAO Mingzhong,GAO Feng,et al. Strategic conceptualization and key technology for the transformation and upgrading of shut–down coal mines[J]. Journal of China Coal Society,2017,42(6):1355−1365.
[18] 武志德,郑得文,李东旭,等. 我国利用废弃矿井建设地下储气库可行性研究及建议[J]. 煤炭经济研究,2019,39(5):15−19. WU Zhide,ZHENG Dewen,LI Dongxu,et al. Feasibility study and suggestions on constructing underground gas storage in abandoned mines in China[J]. Coal Economic Research,2019,39(5):15−19.
[19] 谢和平,侯正猛,高峰,等. 煤矿井下抽水蓄能发电新技术:原理、现状及展望[J]. 煤炭学报,2015,40(5):965−972. XIE Heping,HOU Zhengmeng,GAO Feng,et al. A new technology of pumped–storage power in underground coal mine:Principles,present situation and future[J]. Journal of China Coal Society,2015,40(5):965−972.
[20] SOLOMON S. Carbon dioxide storage:Geological security and environmental issues:Case study on the Sleipner gas field in Norway[R]. Bellona Report,2007.
[21] 窦立荣,孙龙德,吕伟峰,等. 全球二氧化碳捕集、利用与封存产业发展趋势及中国面临的挑战与对策[J]. 石油勘探与开发,2023,50(5):1083−1096. DOU Lirong,SUN Longde,LYU Weifeng,et al. Trend of global carbon dioxide capture,utilization and storage industry and challenges and countermeasures in China[J]. Petroleum Exploration and Development,2023,50(5):1083−1096.
[22] 魏国齐,郑雅丽,邱小松,等. 中国地下储气库地质理论与应用[J]. 石油学报,2019,40(12):1519−1530. WEI Guoqi,ZHENG Yali,QIU Xiaosong,et al. Geological theory and application of underground gas storage in China[J]. Acta Petrolei Sinica,2019,40(12):1519−1530.
[23] 杨春和,李银平,屈丹安,等. 层状盐岩力学特性研究进展[J]. 力学进展,2008,38(4):484−494. YANG Chunhe,LI Yinping,QU Dan’an,et al. Advances in researches of the mechanical behaviors of bedded salt rocks[J]. Advances in Mechanics,2008,38(4):484−494.
[24] 王永胜. CO2咸水层封存砂岩储层孔隙尺度变化规律及可注性研究:基于神华CCS示范工程[D]. 武汉:中国地质大学,2021. WANG Yongsheng. Study on the variation of pore scale and injectability of CO2 saltwater sequestered sandstone reservoir:Based on Shenhua CCS demonstration project[D]. Wuhan:China University of Geosciences,2021.
[25] 顾大钊. 煤矿地下水库理论框架和技术体系[J]. 煤炭学报,2015,40(2):239−246. GU Dazhao. Theory framework and technological system of coal mine underground reservoir[J]. Journal of China Coal Society,2015,40(2):239−246.
[26] 潘楠. 美欧俄乌地下储气库现状及前景[J]. 国际石油经济,2016,24(7):80−92. PAN Nan. The status quo and outlook for US,EU,Russia and Ukraine UGS[J]. International Petroleum Economics,2016,24(7):80−92.
[27] 马新华,郑得文,魏国齐,等. 中国天然气地下储气库重大科学理论技术发展方向[J]. 天然气工业,2022,42(5):93−99. MA Xinhua,ZHENG Dewen,WEI Guoqi,et al. Development directions of major scientific theories and technologies for underground gas storage[J]. Natural Gas Industry,2022,42(5):93−99.
[28] International Gas Union(IGU). Natural gas facts & figures:Part4 underground gas storage[C]//Paris:World gas conference(WGC),2015.
[29] 李国永,徐波,王瑞华,等. 我国天然气地下储气库布局建议[J]. 中国矿业,2021,30(11):7−12. LI Guoyong,XU Bo,WANG Ruihua,et al. Suggestions on the layout of underground gas storage in China[J]. China Mining Magazine,2021,30(11):7−12.
[30] 杨春和,王同涛. 我国深地储能机遇、挑战与发展建议[J]. 科学通报,2023,68(36):4887−4894. DOI: 10.1360/TB-2023-0841 YANG Chunhe,WANG Tongtao. Opportunities,challenges,and development suggestions for deep underground energy storage in China[J]. Chinese Science Bulletin,2023,68(36):4887−4894. DOI: 10.1360/TB-2023-0841
[31] 周庆凡,张俊法. 地下储氢技术研究综述[J]. 油气与新能源,2022,34(4):1−6. ZHOU Qingfan,ZHANG Junfa. Review of underground hydrogen storage technology[J]. Petroleum and New Energy,2022,34(4):1−6.
[32] 潘松圻,邹才能,王杭州,等. 地下储氢库发展现状及气藏型储氢库高效建库十大技术挑战[J]. 天然气工业,2023,43(11):164−180. DOI: 10.3787/j.issn.1000-0976.2023.11.016 PAN Songqi,ZOU Caineng,WANG Hangzhou,et al. Development status of underground hydrogen storages and top ten technical challenges to efficient construction of gas reservoir–type underground hydrogen storages[J]. Natural Gas Industry,2023,43(11):164−180. DOI: 10.3787/j.issn.1000-0976.2023.11.016
[33] 刘坚,景春梅,王心楠. 氢储能成全球氢能发展新方向[J]. 中国石化,2022,6:69−71. DOI: 10.3969/j.issn.1005-457X.2022.01.025 LIU Jian,JING Chunmei,WANG Xinnan. Hydrogen energy storage has become a new direction for the development of global hydrogen energy[J]. China Sinopec,2022,6:69−71. DOI: 10.3969/j.issn.1005-457X.2022.01.025
[34] 陆佳敏,徐俊辉,王卫东,等. 大规模地下储氢技术研究展望[J]. 储能科学与技术,2022,11(11):3699−3707. LU Jiamin,XU Junhui,WANG Weidong,et al. Development of large–scale underground hydrogen storage technology[J]. Energy Storage Science and Technology,2022,11(11):3699−3707.
[35] 孙莹洁,刘延,刁玉杰,等. 山西省煤矿采空地下空间评估与再利用研究[J]. 地质与勘探,2024,60(1):42−51. DOI: 10.12134/j.dzykt.2024.01.005 SUN Yingjie,LIU Ting,DIAO Yujie,et al. Evaluation and reuse of underground space in coal mines of Shanxi Province[J]. Geology and Exploration,2024,60(1):42−51. DOI: 10.12134/j.dzykt.2024.01.005
[36] 薛福,马晓明,游焰军. 储能技术类型及其应用发展综述[J]. 综合智慧能源,2023,45(9):48−58. XUE Fu,MA Xiaoming,YOU Yanjun. Energy storage technologies and their applications and development[J]. Integrated Intelligent Energy,2023,45(9):48−58.
[37] CROTOGINO F,SCHNEIDER G S,EVANS D J. Renewable energy storage in geological formations[J]. Journal of Power and Energy,2018,232(1):100−114 DOI: 10.1177/0957650917731181
[38] 金维平,彭益成. 硬岩地区压缩空气储能工程地下储气洞室选址方法研究[J]. 电力与能源,2017,38(1):63−67. JIN Weiping,PENG Yicheng. Underground gas storage cavern location method for compressed air energy storage engineering in hard rock area[J]. Power & Energy,2017,38(1):63−67.
[39] MOULI–CASTILLO J,WILKINSON M,MIGNARD D,et al. Inter–seasonal compressed–air energy storage using saline aquifers[J]. Nature Energy,2019,4:131−139. DOI: 10.1038/s41560-018-0311-0
[40] 黄宽,张万益,王丰翔,等. 地下空间储能国内外发展现状及调查建议[J]. 中国地质,2024,51(1):105−117. DOI: 10.12029/gc20230331001 HUANG Kuan,ZHANG Wanyi,WANG Fengxiang,et al. Development status of underground space energy storage at home and abroad and geological survey suggestions[J]. Geology in China,2024,51(1):105−117. DOI: 10.12029/gc20230331001
[41] 王梦恕,杨会军. 地下水封岩洞油库设计、施工的基本原则[J]. 中国工程科学,2008,10(4):11−16. DOI: 10.3969/j.issn.1009-1742.2008.04.002 WANG Mengshu,YANG Huijun. Basic principles for design and construction of underground water–sealed hydrocarbon–storage rock caverns[J]. Strategic Study of CAE,2008,10(4):11−16. DOI: 10.3969/j.issn.1009-1742.2008.04.002
[42] 中国能源网. 国家石油储备一期工程建成投用[EB/OL]. (2014-11-20) [2025-02-14]. https://www.nea.gov.cn/2014-11/20/c_133799145.htm. [43] 杨明举,关宝树,钟新樵. 水封式地下储气洞库的应用及研究[J]. 地下空间,2000,20(3):171−175. YANG Mingju,GUAN Baoshu,ZHONG Xinqiao. Application and research on underground water sealed gas storage tunnel[J]. Underground Space,2000,20(3):171−175.
[44] 孙润林,龙海洋,谭建华,等. 氦储运技术研究进展[J]. 天然气与石油,2024,42(3):25−30. DOI: 10.3969/j.issn.1006-5539.2024.03.005 SUN Runlin,LONG Haiyang,TAN Jianhua,et al. Advances in helium storage and transportation technology:A review[J]. Natural Gas and Oil,2024,42(3):25−30. DOI: 10.3969/j.issn.1006-5539.2024.03.005
[45] 唐金荣,张宇轩,周俊林,等. 全球氦气产业链分析与中国应对策略[J]. 地质通报,2023,42(1):1−13. DOI: 10.12097/j.issn.1671-2552.2023.01.001 TANG Jinrong,ZHANG Yuxuan,ZHOU Junlin,et al. Analysis of global helium industry chain and China’s strategy[J]. Geological Bulletin of China,2023,42(1):1−13. DOI: 10.12097/j.issn.1671-2552.2023.01.001
[46] 贾凌霄,马冰,王欢,等. 全球氦气勘探开发进展与利用现状[J]. 中国地质,2022,49(5):1427−1437. DOI: 10.12029/gc20220505 JIA Lingxiao,MA Bing,WANG Huan,et al. Progress and utilization status of global helium exploration and development[J]. Geology in China,2022,49(5):1427−1437. DOI: 10.12029/gc20220505
[47] 瞭望. 氦气对外依存度超过95%,国产化核心技术突破进展如何:专访中国科学院院士张锁江[EB/OL]. (2023-04-03) [2025-02-14]. http://lw. news. cn/2023-04/03/c_1310707698. htm. [48] 丁国生,谢萍. 地下盐穴处理核废料的方法[J]. 地下空间与工程学报,2006,2(6):1068−1071. DOI: 10.3969/j.issn.1673-0836.2006.06.040 DING Guosheng,XIE Ping. Using salt cavern storages to dispose nuclear garbage[J]. Chinese Journal of Underground Space and Engineering,2006,2(6):1068−1071. DOI: 10.3969/j.issn.1673-0836.2006.06.040
[49] 张贤,杨晓亮,鲁玺,等. 中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2023)[R]. 中国21世纪议程管理中心,全球碳捕集与封存研究院,清华大学,2023. [50] FRANKLIN M,ORR J R. Onshore geologic storage of CO2[J]. Science,2009,325(5948):1656−1658. DOI: 10.1126/science.1175677
[51] FAGORITE V I,ONYEKURU S O,OPARA A I,et al. The major techniques,advantages,and pitfalls of various methods used in geological carbon sequestration[J]. International Journal of Environmental Science and Technology,2023,20:4585−4614. DOI: 10.1007/s13762-022-04351-0
[52] 丁国生,唐立根,丁一宸,等. 中国水层CO2地质封存技术攻关方向[J]. 天然气工业,2024,44(4):39−45. DOI: 10.3787/j.issn.1000-0976.2024.04.004 DING Guosheng,TANG Ligen,DING Yichen,et al. Research direction of CO2 geological storage technology in aquifers in China[J]. Natural Gas Industry,2024,44(4):39−45. DOI: 10.3787/j.issn.1000-0976.2024.04.004
[53] TEK M R. Underground storage of natural gas theory and practice[M]. London:Kluwer Academic Publishers,1989.
[54] FLANIGAN O. Underground gas storage facilities:Design and implementation[M]. London:Elsevier Science,1995.
[55] 丁国生,丁一宸,李洋,等. 碳中和战略下的中国地下储气库发展前景[J]. 油气储运,2022,41(1):1−9. DING Guosheng,DING Yichen,LI Yang,et al. Prospects of underground gas storage in China under the strategy of carbon neutrality[J]. Oil & Gas Storage and Transportation,2022,41(1):1−9.
[56] 郑雅丽,邱小松,赖欣,等. 气藏型地下储气库地质体注采运行风险分级与管控[J]. 天然气工业,2022,42(3):114−119. DOI: 10.3787/j.issn.1000-0976.2022.03.013 ZHENG Yali,QIU Xiaosong,LAI Xin,et al. Risk classification and control of gas–storage geological body of gas reservoir type during injection,production and operation[J]. Natural Gas Industry,2022,42(3):114−119. DOI: 10.3787/j.issn.1000-0976.2022.03.013
[57] 高广亮,刘伟,李聪,等. 油藏改建地下储气库库容量计算方法[J]. 天然气工业,2023,43(10):132−140. DOI: 10.3787/j.issn.1000-0976.2023.10.014 GAO Guangliang,LIU Wei,LI Cong,et al. A calculation method for the storage capacity of UGS rebuilt from oil reservoirs[J]. Natural Gas Industry,2023,43(10):132−140. DOI: 10.3787/j.issn.1000-0976.2023.10.014
[58] 马新华,郑得文,丁国生,等. 复杂地质条件储气库“极限动用”理论与实践[J]. 石油勘探与开发,2023,50(2):373−383. DOI: 10.11698/PED.20220829 MA Xinhua,ZHENG Dewen,DING Guosheng,et al. “Extreme utilization” theory and practice in gas storages with complex geological conditions[J]. Petroleum Exploration and Development,2023,50(2):373−383. DOI: 10.11698/PED.20220829
[59] 胡彩云,李聪,杨智斌,等. 气顶砂岩油藏型储气库运行上限压力和库容量定量评价研究[J]. 地质力学学报,2024,30(3):419−426. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2023075 HU Caiyun,LI Cong,YANG Zhibin,et al. Quantitative evaluation of maximum operating pressure and storage capacity for gas–top sandstone reservoir–type gas storage[J]. Journal of Geomechanics,2024,30(3):419−426. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2023075
[60] BACHU S,BONIJOLY D,BRADSHAW J,et al. CO2 storage capacity estimation:Methodology and gaps[J]. International Journal of Greenhouse Gas Control,2007,1(4):430−443. DOI: 10.1016/S1750-5836(07)00086-2
[61] BRADSHAW J,BACHU S,BONIJOLY D,et al. CO2 storage capacity estimation:Issues and development of standards[J]. International Journal of Greenhouse Gas Control,2007,1(1):62−68. DOI: 10.1016/S1750-5836(07)00027-8
[62] ORLIC B,HEEGE J,WASSING B. Assessing the integrity of fault– and top seals at CO2 storage sites[J]. Energy Procedia,2011,4:4798−4805. DOI: 10.1016/j.egypro.2011.02.445
[63] BACHU S. Sequestration of CO2 in geological media:Criteria and approach for site selection in response to climate change[J]. Energy Conversion & Management,2000,41(9):953−970.
[64] SHUKLA R,RANJITH P,HAQUE A,et al. A review of studies on CO2 sequestration and caprock integrity[J]. Fuel,2010,89(10):2651−2664. DOI: 10.1016/j.fuel.2010.05.012
[65] LEUNG D Y C,CARAMANNA G,MAROTO–VALER M M. An overview of current status of carbon dioxide capture and storage technologies[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews,2014,39:426−443. DOI: 10.1016/j.rser.2014.07.093
[66] 魏宁,刘胜男,李小春,等. CO2地质利用与封存的关键技术清单[J]. 洁净煤技术,2022,28(6):14−25. WEI Ning,LIU Shengnan,LI Xiaochun,et al. Key technologies inventory of CO2 geological utilization and storage[J]. Clean Coal Technology,2022,28(6):14−25.
[67] 祁生文,郑博文,路伟,等. 二氧化碳地质封存选址指标体系及适宜性评价研究[J]. 第四纪研究,2023,43(2):523−550. DOI: 10.11928/j.issn.1001-7410.2023.02.19 QI Shengwen,ZHENG Bowen,LU Wei,et al. Investigation of indexes system and suitability evaluation for carbon dioxide geological storage site[J]. Quaternary Sciences,2023,43(2):523−550. DOI: 10.11928/j.issn.1001-7410.2023.02.19
[68] 祁生文,郑博文,王赞,等. 二氧化碳地质利用与封存场址的地质评价[J]. 中国科学:地球科学,2023,53(9):1937−1957. QI Shengwen,ZHENG Bowen,WANG Zan,et al. Geological evaluation for the carbon dioxide geological utilization and storage (CGUS) site:A review[J]. Science China Earth Sciences,2023,53(9):1937−1957.
[69] 刁玉杰,刘廷,魏宁,等. 咸水层二氧化碳地质封存潜力分级及评价思路[J]. 中国地质,2023,50(3):943−951. DOI: 10.12029/gc20221030001 DIAO Yujie,LIU Ting,WEI Ning,et al. Classification and assessment methodology of carbon dioxide geological storage in deep saline aquifers[J]. Geology in China,2023,50(3):943−951. DOI: 10.12029/gc20221030001
[70] 李阳,王锐,赵清民,等. 含油气盆地咸水层二氧化碳封存潜力评价方法[J]. 石油勘探与开发,2023,50(2):424−430. DOI: 10.11698/PED.20220851 LI Yang,WANG Rui,ZHAO Qingmin,et al. A CO2 storage potential evaluation method for saline aquifers in a petroliferous basin[J]. Petroleum Exploration and Development,2023,50(2):424−430. DOI: 10.11698/PED.20220851
[71] 桑树勋,刘世奇,朱前林,等. CO2地质封存潜力与能源资源协同的技术基础研究进展[J]. 煤炭学报,2023,48(7):2700−2716. SANG Shuxun,LIU Shiqi,ZHU Qianlin,et al. Research progress on technical basis of synergy between CO2 geological storage potential and energy resources[J]. Journal of China Coal Society,2023,48(7):2700−2716.
[72] 杨术刚,蔡明玉,张坤峰,等. CO2–水–岩相互作用对CO2地质封存体物性影响研究进展及展望[J]. 油气地质与采收率,2023,30(6):80−91. YANG Shugang,CAI Mingyu,ZHANG Kunfeng,et al. Research progress and prospect of CO2–water–rock interaction on petrophysical properties of CO2 geological sequestration[J]. Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2023,30(6):80−91.
[73] PETER A,YANG Dongmin,ESHIET K I I I,et al. A review of the studies on CO2–brine–rock interaction in geological storage process[J]. Geosciences,2022,12(4):168. DOI: 10.3390/geosciences12040168
[74] Intergovernmental Panel on Climate Change. Special report on carbon dioxide capture and storage[M]. New York:Cambridge University Press,2005.
[75] VILARRASA V,SIMONE S D,CARRERA J,et al. Multiple induced seismicity mechanisms at Castor underground gas storage illustrate the need for thorough monitoring[J]. Nature Communications,2022,13:3447. DOI: 10.1038/s41467-022-30903-6
[76] 陈博文,王锐,李琦,等. CO2地质封存盖层密闭性研究现状与进展[J]. 高校地质学报,2023,29(1):85−99. CHEN Bowen,WANG Rui,LI Qi,et al. Status and advances of research on caprock sealing properties of CO2 geological storage[J]. Geological Journal of China Universities,2023,29(1):85−99.
[77] SIBSON R H. Brittle–failure controls on maximum sustainable overpressure in different tectonic regimes[J]. AAPG Bulletin,2003,87(6):901−908. DOI: 10.1306/01290300181
[78] JIMENEZ J A,CHALATURNYK R J. Integrity of bounding seals for geological storage of greenhouse gases:The SPE/ISRM Rock Mechanics Conference[C]. Irving:Society of Petroleum Engineers,2002.
[79] 完颜祺琪,王云,李东旭,等. 复杂地质条件下储气库建设安全运行技术进展[J]. 油气储运,2023,42(10):1092−1099. WANYAN Qiqi,WANG Yun,LI Dongxu,et al. Technical progress of construction and safe operation of underground gas storage under complex geological conditions[J]. Oil & Gas Storage and Transportation,2023,42(10):1092−1099.
[80] 杨春和,王贵宾,施锡林,等. 中国大规模盐穴储氢需求与挑战[J]. 岩土力学,2024,45(1):1−19. YANG Chunhe,WANG Guibin,SHI Xilin,et al. Demands and challenges of large–scale salt cavern hydrogen storage in China[J]. Rock and Soil Mechanics,2024,45(1):1−19.
[81] 顾大钊,曹志国,李井峰,等. 煤矿地下水库技术原创试验平台体系研制及应用[J]. 煤炭学报,2024,49(1):100−113. GU Dazhao,CAO Zhiguo,LI Jingfeng,et al. Original experimental platform system and application of underground coal mine reservoirs[J]. Journal of China Coal Society,2024,49(1):100−113.
[82] 阳小平. 中国地下储气库建设需求与关键技术发展方向[J]. 油气储运,2023,42(10):1100−1106. DOI: 10.6047/j.issn.1000-8241.2023.10.003 YANG Xiaoping. Construction demand and key technology development direction of underground gas storage in China[J]. Oil & Gas Storage and Transportation,2023,42(10):1100−1106. DOI: 10.6047/j.issn.1000-8241.2023.10.003
[83] 金凤鸣,贾善坡,张辉,等. 京津冀地区断陷盆地含水层储气库评价体系及目标优选[J]. 天然气地球科学,2017,28(9):1433−1445. JIN Fengming,JIA Shanpo,ZHANG Hui,et al. Evaluation system and optimization of aquifer exploration targets for gas storage in the Beijing,Tianjin and Hebei faulted basins[J]. Natural Gas Geoscience,2017,28(9):1433−1445.
[84] 邱小松,郑雅丽,叶颖,等. 含水层储气库库址筛选及关键指标评价方法:以苏北盆地白驹含水层为例[J]. 中国石油勘探,2021,26(5):140−148. DOI: 10.3969/j.issn.1672-7703.2021.05.013 QIU Xiaosong,ZHENG Yali,YE Ying,et al. Aquifer site selection for natural gas storage and key indices evaluation method:A case study of Baiju aquifer in Subei Basin[J]. China Petroleum Exploration,2021,26(5):140−148. DOI: 10.3969/j.issn.1672-7703.2021.05.013
[85] 巴金红,康延鹏,姜海涛,等. 国内盐穴储气库老腔利用现状及展望[J]. 石油化工应用,2020,39(7):1−5. DOI: 10.3969/j.issn.1673-5285.2020.07.001 BA Jinhong,KANG Yanpeng,JIANG Haitao,et al. Present situation and prospect of the utilization of old cavity in domestic salt cavern gas storage[J]. Petrochemical Industry Application,2020,39(7):1−5. DOI: 10.3969/j.issn.1673-5285.2020.07.001
[86] HADDAD P G,RANCHOU–PEYRUSE M,GUIGNARD M,et al. Geological storage of hydrogen in deep aquifers:An experimental multidisciplinary study[J]. Energy & Environmental Science,2022,15(8):3400−3415.
[87] REITENBACH V,GANZER L,ALBRECHT D,et al. Influence of added hydrogen on underground gas storage:A review of key issues[J]. Environmental Earth Sciences,2015,73:6927−6937. DOI: 10.1007/s12665-015-4176-2
[88] ZIVAR D,KUMAR S,FOROOZESH J. Underground hydrogen storage:A comprehensive review[J]. International Journal of Hydrogen Energy,2021,46(45):23436−23462. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2020.08.138
[89] 刘翠伟,洪伟民,王多才,等. 地下储氢技术研究进展[J]. 油气储运,2023,42(8):841−855. LIU Cuiwei,HONG Weimin,WANG Duocai,et al. Research progress of underground hydrogen storage technology[J]. Oil & Gas Storage and Transportation,2023,42(8):841−855.
[90] 周照恒,周冬林,王建夫,等. 中国盐穴氦气储库建设可行性与关键技术[J]. 油气储运,2024,43(3):272−280. ZHOU Zhaoheng,ZHOU Donglin,WANG Jianfu,et al. Feasibility and key technologies for the construction of salt cavern helium storage in China[J]. Oil & Gas Storage and Transportation,2024,43(3):272−280.
[91] 中国煤炭网. 废弃矿井资源利用,路在何方?−访中国工程院院士袁亮[EB/OL]. (2017-04-26) [2025-02-14]. http://www.ccoalnews.com/201704/26/c11454.html. [92] 袁亮,姜耀东,王凯,等. 我国关闭/废弃矿井资源精准开发利用的科学思考[J]. 煤炭学报,2018,43(1):14−20. YUAN Liang,JIANG Yaodong,WANG Kai,et al. Precision exploitation and utilization of closed/abandoned mine resources in China[J]. Journal of China Coal Society,2018,43(1):14−20.
[93] 贺小龙,吴国强,朱士飞,等. 我国废弃煤矿井地质工作重点方向研究与思考[J]. 中国矿业,2019,28(1):80−84. DOI: 10.12075/j.issn.1004-4051.2019.01.027 HE Xiaolong,WU Guoqiang,ZHU Shifei,et al. The key directions research and consideration of abandoned coal mines geological work in China[J]. China Mining Magazine,2019,28(1):80−84. DOI: 10.12075/j.issn.1004-4051.2019.01.027
[94] 石孝明,武志德,刘旭正,等. 废弃煤矿储气库库址评价方法[J]. 油气储运,2023,42(12):1390−1398. SHI Xiaoming,WU Zhide,LIU Xuzheng,et al. Evaluation method for abandoned coal mine gas storage reservoir sites[J]. Oil & Gas Storage and Transportation,2023,42(12):1390−1398.
[95] 常春勤,邹友峰. 国内外废弃矿井资源化开发模式述评[J]. 资源开发与市场,2014,30(4):425−429. DOI: 10.3969/j.issn.1005-8141.2014.04.012 CHANG Chunqin,ZOU Youfeng. Review on resource development mode of abandoned underground space of mine[J]. Resource Development & Market,2014,30(4):425−429. DOI: 10.3969/j.issn.1005-8141.2014.04.012
[96] LIEBSCHER A,MÜNCH U. Geological storage of CO2–long term security aspects[M]. Berlin:Springer Cham,2015.
[97] 央视网. 建设现代化产业体系“氢风”徐来 我国积极打造绿氢全产业链[EB/OL]. (2023-07-03) [2025-02-14]. https://tv.cctv.cn/2023/07/03/VIDEQ8XGQWMgQwGOD5xpKaF4230703.shtml. [98] 中华人民共和国国务院令. 碳排放权交易管理暂行条例[EB/OL]. (2024-02-04) [2025-02-14]. https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/202402/content_6930138.htm.
计量
- 文章访问数: 80
- HTML全文浏览量: 18
- PDF下载量: 20
