新型储能方向：盐穴储能
2022 年 3 月，国家发改委、国家能源局联合发布《“十四五”新型储能发展实施方案》，方案指出新型储能技术包括电化学储能技术、压缩空气储能技术、氢储能、热（冷）储能、火电与核电机组抽汽蓄能、机械储能技术等。 而其中，电化学储能技术、压缩空气储能技术、氢储能等技术利用地下盐穴空间有广阔的前景。
盐岩是一种化学成因的岩石，由蒸发海水或湖泊作用沉积而成，主要岩性成分为盐岩、盐膏岩、膏泥岩等，厚度在几米、几十米、几百米不等，一般埋深在 800～2000m 之间，在有些地区能达到五六千米。现代岩盐开采技术主要采用钻井水溶法，通过钻井技术钻至目的层，利用水流正反循环将岩盐溶解，排出卤水，形成地下盐腔，通过气垫、油垫等手段可以得到想要的腔体型态（如图 1 所示）。开采盐岩层形成地下空间不仅体积规模庞大， 而且由于盐岩渗透性低、蠕变性好、受损伤自愈的特点，能够长期保持稳定。这些地下空间能够为不与盐发生物理化学变化的物质提供储存或处置场所。
压缩空气储能方面，江苏常州金坛、山东肥城盐穴压缩空地下盐穴空间储能是地下盐穴资源主要利用方法之一，可以节约地面空间，充分利用地下闲置盐腔，实现多种形式能量的大规模、高效率存储。
国外对利用地下盐穴建设能源储库已有较为深厚的研究历史。地下盐穴储存石油最早始于 20 世纪 60年代的苏联，70年代石油危机爆发后，各国纷纷投入石油战略储备的洪流中，建成诸多地下盐穴石油储库；地球上第一座地下盐穴储气（天然气）库于1959年建成，截止目前全球盐穴储气库建设和运营已有60余年的发展历程，共有14个国家运营 108 座盐穴储气库，工作气量共计3.23×1010m3；目前，全球已有2座大规模盐穴压缩空气储能电站投入商业运行；近年来提出盐穴液流（氧化还原流）电池的想法，德国利用地下盐穴建造世界上最大的液流电池项目已取得了一定进展，预计盐穴电池系统会在 2023 年年底投入运行；在盐穴储氢方面，美国、英国、德国、欧盟等国家都相继制定了盐穴储氢计划，并且已有相关项目正在开展，截至目前全球共有4座运营中的储氢库。
我国拥有大量的盐岩资源，但利用盐穴进行储能应用起步较晚。2007年在江苏常州金坛建立起亚洲第一座盐穴储气， 至今我国只有2座地下盐穴储气库建成投运。目前，江苏盐业井神楚州张兴储气库正在建设，该储气库有望解决我国高杂质盐岩建库的难题；另外，国家管网西气东输分公司平顶山盐穴储气库以及中石化江汉储气库也开始建设。
在利用盐穴气储能示范项目均已并网送电试验成功；正在建设的储能库为苏盐集团牵头，与中科院工程热物理研究所、中储国能公司合作的国际首个400MW 盐穴压缩空气储能示范项目。在盐穴液流电池方面，青海大学启迪新能源学院、清华大学电机系、中科院武汉岩土力学研究所等科研院所都进行了一定的研究。在盐穴储氢方面，国内也已经有机构在进行研究了。
可见，我国在盐穴储能方面仍有巨大的潜能有待开发，部分储能利用已经成为国家重点项目试点运行，相关项目在技术能力、能效转化等领域已经通过试点论证。
盐穴储氢的可行性
氢作为能量载体可用于储存能量，实现能量转化，它是一种高效的、零排放的能源，能源转换效率高。在氢能源发展方面，面临的最主要挑战即在于氢能的储存。找到安全、经济、高效、可行的储存模式，是氢能全生命周期应用的关键。而地下氢能储存不仅规模庞大，而且成本较低，节约地面空间。
1、几种可能的地下储氢方式
类比地下天然气储存，地下储氢也存在多种可能：含水层储存氢气、枯竭油气藏储存氢气、地下盐穴储存氢气。下面将对三种地下储氢方式进行简要对比分析：
含水层储存氢气
含水层是多孔和可渗透的介质，其孔隙空间充满淡水或咸水。含水层遍布世界各地，许多文献中报道了含水层的储气操作，使其成为地下储氢的一种可能。 在主要的地下构造中储存氢所需的条件是存在不渗透层以防止所储存气体的迁移。 当氢气被注入充满水的含水层时， 由于气体和液体之间的密度差异，液体将向下或远离侧面位移。
在这种情况下，由于在没有抽出液体的情况下以相同体积添加氢气，致使多孔介质的压力增加，因此，在注入氢气过程中，液气界面也发生了变化。当氢气要被取出时，由于存在气液界面变化，液体也可以与气体同时被采出，这是含水层中储存氢气的一个缺点。有许多现象会影响储氢的操作，例如未检测到的断层泄漏、生化反应或氢与储层岩石中的矿物反应。因此，需要钻探更多的新井并进行更多的实验研究，以避免任何可能增加运营成本的潜在风险。迄今为止，文献中没有报道含水层中的纯氢储存。
枯竭油气藏储存氢气
枯竭油气藏储层是一种含有油气藏的地质圈闭，其被称为盖层的不渗透层覆盖，通常由底部或边缘的含水层支撑。枯竭的油气藏是地下储气库最合适的选择，因为它们具有明确的地质结构、良好的盖层密封性和完整性以及已经存在必要的地面和地下设施。
在地质构造中，枯竭气藏具有良好的特征，因其已经经过长期开发，几乎可以得到所有必需的地层信息。此外，枯竭气藏盖层的致密性也得到了证实。在枯竭气藏中，剩余气的存在被认为是一种优势，因为它可以起到缓冲气的作用。
但是，如果剩余的气体会与氢气发生物理化学反应而降低氢气的纯度，则被认为是不利的。规划和设计枯竭气藏的地下储气库（UGS或UHS）所需的设施时，在最佳时间停止天然气开采非常重要，这将决定储气库在更短的时间内以更低的成本创建。
将枯竭的油藏转变为储氢场所需要进行全面的研究。这是因为当油藏中有残余油气时，与氢气发生化学反应为甲烷等的可能性会增加。油和氢之间的相互作用可能在氢油界面处导致氢纯度降低。此外，氢在剩余油气中溶解会导致氢的损失。
地下盐穴储存氢气
地下盐穴储氢主要利用盐岩的性质。盐岩具有适合储氢的物理化学性质，如孔隙度和渗透率低、对氢具有化学惰性以及以厚层形式普遍存在。与其他岩石相比，盐岩的蠕变性能非常好，因为它在压力和温度变化时具有粘塑性行为。这些特殊特性保证了储氢的长期稳定性和密封性。盐穴的腔壁基本上不透这种气体，盐的塑性保护盐穴免受裂缝的出现和扩散以及密封性的丧失，这在储氢的情况下尤为重要。
此外，高盐度条件限制了微生物对氢的消耗。盐穴储氢的优缺点。盐穴地下储氢有很多优点，它在相对较小的区域内提供较大的存储容量；一年可多次注、采气；与传统的地上储气罐相比，在地下盐穴中储存大量气体肯定更便宜，材料消耗也更少，而且更安全；在没有氧气的情况下，储存在盐穴中的氢气是不可能自燃的。
盐穴由一口或两口井从地面提供服务，这使得建设和运营成本保持在相对较低的水平。与其他类型的地下储气库相比，它们占用的面积更小，这使得它们的监控和管理更加容易。这种储存方式的建造时间比在多孔岩石中储存的时间短。这种类型的储存需要少量的缓冲气体（储氢过程中留在盐穴中的气体）——大约 20%，而 80%的盐穴容量用于工作气量。地下储气系统的操作在技术上也很简单，储气库监测本质上就是观察储气压力。
由于微生物和地球化学反应，岩石类型和地层中存在的物质对于地下储氢非常重要。在含水层中，岩石类型、细菌和水中存在的离子对氢气的纯度及消耗影响较大。在枯竭的气藏或油藏中，除了岩石类型、细菌和水中存在的离子外，已经存在的烃类化合 物还会增加更多的复杂性。综上所述，从微生物和地球化学等角度来看， 地下盐穴储氢比其他储氢方式更为理想、安全（如表 1）。
2、地下盐穴储氢现状
在地面上，氢气可以作为冷冻液体、金属氢化物或高压气体被储存。而地下盐穴氢气储存的技术和运行条件与天然气相似，需要将氢气压缩。 然而，氢气的体积能量密度几乎是天然气的三分之一，故气态氢能源储存比天然气储存成本更高。一般来讲，为了有效储存，氢气在地下盐穴中被压缩到 20MPa以上的压力。
目前，全球共有三个地下储氢设施在运行，这三个储氢设施都是建造在盐穴中。第一个用于储存纯氢的盐穴于 1970年代初在英国的提赛德建成，目前仍在运行；1980 年和 2000 年左右美国德克萨斯州建造了两个更大氢气储存盐穴，第三个洞穴正在建设中。这些盐穴用于确保工业气体行业的高峰需求，并连接到氢气管道网络。
3、地下盐穴储氢技术存在的问题
氢由于其物理化学特性也存在着几个“缺点”，这些“缺点”可能是其在盐穴储存过程中的一个重要影响因素。由于氢气的分子密度较小，H2 颗粒能够
故作为地下盐穴储氢的先决条件， 需要对井筒套管、管道等设施进行改造，避免发生腐蚀和氢脆而造成泄露。另外要求在每个循环注气过程中和注气后，注入的氢气和缓冲气都能被圈闭在盐腔内，不发生迁移或泄漏，应全程监控。此外，必须监测流体动力、地球化学和微生物活动，因为每项活动都可能导致氢气的损失或影响氢气的纯度。目前，对地下盐穴注氢和储氢的综合监测技术仍然很少见，也没有详细报道。大多数监测技术都是根据二氧化碳封存和天然气储存等其他地质封存技术的经验而借鉴和应用的。
通过以上分析思考，在盐穴储氢的过程中，需要用到很多输送管道，其中柔性高压复合管必将有一席之地，随着此项工程的推进，将会给柔性复合管生产企业带来更多的机遇，我们必须紧跟时代，抓住机遇，适时推进。