近日，據(jù)了解，中儲(chǔ)國能在河南信陽打造的300MW先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能國家示范電站地下儲(chǔ)氣庫開挖已順利完成50%，這標(biāo)志著我國首個(gè)30萬方量級(jí)大型儲(chǔ)氣建設(shè)取得了重要階段性進(jìn)展。

說起30萬方的地下儲(chǔ)氣庫，大家可能沒有概念。但如果換算一下，它相當(dāng)于130個(gè)奧運(yùn)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)泳池注滿水的體積，你定會(huì)和我一樣，感到驚訝。

那為什么要建造如此規(guī)模的地下儲(chǔ)氣庫，它對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能又意味著什么呢？

可以毫不夸張地說，地下儲(chǔ)氣庫在壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中，扮演著核心基礎(chǔ)設(shè)施的角色，它決定著儲(chǔ)氣量、系統(tǒng)效率以及安全性、穩(wěn)定性等重要因素。因此，它也是發(fā)展長時(shí)大規(guī)模壓縮空氣儲(chǔ)能的關(guān)鍵技術(shù)之一，一直備受業(yè)界關(guān)注。

信陽地下儲(chǔ)氣庫，30萬方“內(nèi)藏乾坤”

河南信陽300MW先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能國家示范電站，是國家新型儲(chǔ)能試點(diǎn)示范項(xiàng)目，并成功入選國家能源局第四批能源領(lǐng)域首臺(tái)（套）重大技術(shù)裝備。建成后，預(yù)計(jì)發(fā)電量可達(dá)4.2億度/年，能有效提高當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)的效率、經(jīng)濟(jì)性和可靠性，在壓縮空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域，具有技術(shù)開創(chuàng)性及重大示范意義。

信陽項(xiàng)目部負(fù)責(zé)人向記者透露，“該電站地下儲(chǔ)氣庫采用了‘高效自流排水系統(tǒng)’和‘突破性超大洞徑’等獨(dú)特設(shè)計(jì)”。

高效自流排水系統(tǒng)顯奇功

他進(jìn)一步解釋說：“地下儲(chǔ)氣庫因地質(zhì)原因引發(fā)積水，一直是困擾壓縮空氣儲(chǔ)能地下儲(chǔ)氣庫安全及施工效率的關(guān)鍵技術(shù)難題之一。這次，技術(shù)人員開創(chuàng)性設(shè)計(jì)的高效自流排水系統(tǒng)，通過合理設(shè)計(jì)儲(chǔ)氣庫的縱坡度、降低儲(chǔ)氣庫內(nèi)部水位，從根本上解決了這一技術(shù)難題，顯著提升了系統(tǒng)的長期安全性和運(yùn)行穩(wěn)定性，為復(fù)雜地質(zhì)條件下的儲(chǔ)氣庫內(nèi)排水系統(tǒng)建設(shè)，提供了全新解決方案”。

降本增效，國內(nèi)首個(gè)15米超大洞徑設(shè)計(jì)

信陽項(xiàng)目還有一大亮點(diǎn)——國內(nèi)首次突破性開展15米超大洞徑設(shè)計(jì)，這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)使儲(chǔ)氣庫的有效容積提升到30萬立方米，相較以往最大設(shè)計(jì)，規(guī)模提升了300%。在確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性同時(shí)，為300MW級(jí)大規(guī)模儲(chǔ)氣系統(tǒng)提供了充足空間支撐，大幅提升了單位硐室儲(chǔ)能密度和工程經(jīng)濟(jì)性。洞徑擴(kuò)大了50%，經(jīng)簡單測算，僅此一項(xiàng)，成本降低2億元，真正做到了安全、高效、經(jīng)濟(jì)三駕馬車，并駕齊驅(qū)。

首創(chuàng)水平進(jìn)洞施工，完美解決地質(zhì)難題

壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的水平進(jìn)洞地下儲(chǔ)氣庫，與傳統(tǒng)方式究竟有何差異，又有什么優(yōu)勢呢？

傳統(tǒng)的垂直進(jìn)洞或斜井進(jìn)洞施工，施工周期長，成本高，而水平進(jìn)洞施工風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低，與豎井相比，成本更低，施工交通運(yùn)輸更為便利。

中儲(chǔ)國能在壓縮空氣領(lǐng)域首次采用的水平進(jìn)洞技術(shù)，可沿著巖層走向或穩(wěn)定地層延伸，靈活避開斷層，有效解決涌水帶等不良地質(zhì)問題。相較于垂直豎井，其能更精準(zhǔn)地選擇圍巖完整性好、抗壓強(qiáng)度高地巖層作為洞身主體，減少因深部地質(zhì)突變（如軟巖夾層、高水壓區(qū)）導(dǎo)致地施工風(fēng)險(xiǎn)，在環(huán)境影響、經(jīng)濟(jì)性等方面也具有明顯優(yōu)勢。

平江地下儲(chǔ)氣庫，開地下儲(chǔ)氣庫突破創(chuàng)新之端

河南信陽300MW先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能國家示范電站地下儲(chǔ)氣庫的精妙設(shè)計(jì)，只是中儲(chǔ)國能近些年深耕壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)及工程應(yīng)用的一個(gè)小小縮影。

如果回溯這段創(chuàng)新探索之路，每一項(xiàng)工程都閃爍著珍珠般的光彩，串聯(lián)起來就是中儲(chǔ)國能、我國乃至世界壓縮空氣儲(chǔ)能地下儲(chǔ)氣庫的璀璨珠鏈。而回顧這個(gè)開端，則需倒回到2018年……

2018年，正是中儲(chǔ)國能的企業(yè)元年，也正是這一年，其孵化母體——中國科學(xué)院工程熱物理研究所參與到電建中南院湖南平江淺埋地下儲(chǔ)氣實(shí)驗(yàn)庫的實(shí)驗(yàn)工作，這也是國內(nèi)首個(gè)針對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能的硬巖淺埋儲(chǔ)氣實(shí)驗(yàn)庫。

它突破了傳統(tǒng)鹽穴儲(chǔ)氣的局限，為壓縮空氣儲(chǔ)能淺埋儲(chǔ)氣庫的工程實(shí)踐提供了重要的技術(shù)支撐，這也是我國壓縮空氣儲(chǔ)能地下儲(chǔ)氣庫開發(fā)之端。

探索路上不停歇，張北國際首個(gè)百兆瓦項(xiàng)目迎來新突破

平江項(xiàng)目不久，2018年起，中儲(chǔ)國能和中國科學(xué)院工程熱物理研究所啟動(dòng)了河北張家口國際首套100MW先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能國家示范電站的相關(guān)課題研究及項(xiàng)目建設(shè)。其中，地下儲(chǔ)氣庫的建設(shè)是全球首個(gè)面向百兆瓦級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的地下人工硐室，也是全球首個(gè)10萬方量級(jí)地下儲(chǔ)氣庫。

張北項(xiàng)目是世界新型壓縮空氣儲(chǔ)能邁向百兆瓦級(jí)工程的里程碑，它極大推動(dòng)了新型壓縮空氣儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)化、工程化的步伐，為長時(shí)大規(guī)模儲(chǔ)能再添利器。電站建設(shè)獲得國家發(fā)改委國家可再生能源示范區(qū)重大項(xiàng)目等項(xiàng)目支持，入選國家能源領(lǐng)域首臺(tái)（套）重大技術(shù)裝備、京津冀綠色低碳技術(shù)典型案例，意義非凡。

多種技術(shù)手段并用，解決軟弱夾層復(fù)雜地質(zhì)難題

采用地下人工硐室，使壓縮空氣儲(chǔ)能選址更靈活，能更好地配合風(fēng)光發(fā)電基地，但我國幅員遼闊，復(fù)雜多變的地質(zhì)條件，也為地下儲(chǔ)氣庫開挖帶來了各式各樣的挑戰(zhàn)。

張北項(xiàng)目所處的玄武巖，含有軟弱夾層的復(fù)雜地質(zhì)，包括巖層破碎帶和節(jié)理密集帶，這對(duì)施工安全、儲(chǔ)氣庫穩(wěn)定性帶來了極大挑戰(zhàn)。技術(shù)人員創(chuàng)造性采用了系統(tǒng)錨噴支護(hù)、超前錨桿等手段，解決了巖層系列問題，還采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、混凝土置換等技術(shù)提高了硐室開挖的安全性，以及圍巖在長期高壓空氣循環(huán)荷載下的穩(wěn)定性，為壓縮空氣儲(chǔ)能在復(fù)雜地質(zhì)條件下建設(shè)地下儲(chǔ)氣庫，積累了寶貴的第一手資料。

獨(dú)特的密封層技術(shù)確保安全高效運(yùn)行

中儲(chǔ)國能首次在張北項(xiàng)目儲(chǔ)氣庫采用高強(qiáng)鋼，有效解決了儲(chǔ)氣庫運(yùn)行期間的高氣壓安全穩(wěn)定運(yùn)行和密封性問題，同時(shí)解決了運(yùn)行及檢修期較高水頭的外水壓力問題，有力保障了地下儲(chǔ)氣庫在復(fù)雜地質(zhì)條件下的安全與高效運(yùn)行。

因地制宜的排水技術(shù)方案

就像天氣難以準(zhǔn)確預(yù)測一樣，地質(zhì)狀況也很難通過事前勘測了如指掌。在解決地質(zhì)滲水、漏水問題方面，技術(shù)人員在實(shí)踐中設(shè)計(jì)并總結(jié)出了一套專業(yè)的防滲、排水技術(shù)方案，這套方案遵循“先堵后排，堵排結(jié)合”的原則，解決了地下水對(duì)施工安全的影響。

突破軟巖限制，夯實(shí)中寧地下儲(chǔ)氣庫示范作用

2023年10月，大唐中寧100MW先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能國家示范電站開工建設(shè)。它是國家發(fā)改委專項(xiàng)基金支持項(xiàng)目，在科研創(chuàng)新、裝備研制、工程建設(shè)等方面，具有示范、引領(lǐng)作用。其建成后預(yù)計(jì)發(fā)電量達(dá)1.2億度/年，為寧夏建設(shè)國家新能源綜合示范區(qū)提供重要支撐。

打造國內(nèi)首個(gè)軟巖全人工硐室地下儲(chǔ)氣庫

西北是我國風(fēng)光能源的集中地，西電東送是我國能源的一大戰(zhàn)略，因此西部地區(qū)的長時(shí)大規(guī)模儲(chǔ)能，成為業(yè)界普遍關(guān)注的焦點(diǎn)。而解決西部地區(qū)軟巖地質(zhì)的限制，能極大釋放新型壓縮空氣儲(chǔ)能在長時(shí)大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域的潛力，對(duì)產(chǎn)業(yè)以及國家戰(zhàn)略發(fā)展都具有重大意義。

傳統(tǒng)儲(chǔ)氣庫建設(shè)多選擇鹽巖或硬巖等特殊地質(zhì)，這嚴(yán)重限制了儲(chǔ)能電站的選址范圍。而大唐中寧項(xiàng)目通過多種創(chuàng)新設(shè)計(jì)，解決了這一嚴(yán)重制約壓縮空氣儲(chǔ)能適用范圍的限制，打造了國內(nèi)首個(gè)軟巖地層的全人工硐室地下儲(chǔ)氣庫。

首創(chuàng)國內(nèi)環(huán)形儲(chǔ)氣庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

技術(shù)人員在中寧項(xiàng)目中，首次創(chuàng)新性采用了環(huán)形地下硐室結(jié)構(gòu)，通過閉合回路設(shè)計(jì)顯著提升了圍巖應(yīng)力分散效率，實(shí)現(xiàn)了在軟巖中穩(wěn)定構(gòu)建大容積儲(chǔ)氣空間的技術(shù)突破，大幅提高了地下空間的利用率，為我國軟巖分布區(qū)域的儲(chǔ)能電站靈活選址，提供了更多可能。

獨(dú)特的進(jìn)洞、密封設(shè)計(jì)

在大唐中寧項(xiàng)目，技術(shù)人員一改傳統(tǒng)豎井進(jìn)洞方式，將豎井與斜井巧妙結(jié)合，有效提高了施工效率，使之更加方便通風(fēng)、排水，同時(shí)減少了硐室出渣、鋼襯組拼等工序的干擾，提高了施工效率和效果。

在密封層設(shè)計(jì)方面，考慮到軟巖地層容易產(chǎn)生變形的問題，科研人員采用了復(fù)合設(shè)計(jì)，即在采用柔性材料應(yīng)對(duì)變形問題的同時(shí)，也借助剛性材料提供穩(wěn)定支撐，保障150米深處的高壓空氣得到安全的儲(chǔ)存，以及系統(tǒng)的密封性和安全性。

首創(chuàng)多環(huán)形陣列設(shè)計(jì)  江西鉛山項(xiàng)目建設(shè)再升級(jí)

江西鉛山300MW先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能國家示范電站，是國家新型儲(chǔ)能及能源領(lǐng)域的重點(diǎn)項(xiàng)目、入選“新型儲(chǔ)能試點(diǎn)示范項(xiàng)目名單”、國家第四批能源領(lǐng)域首臺(tái)套重大技術(shù)裝備。

從單環(huán)形到多環(huán)形  釋放壓縮空氣儲(chǔ)能無限可能

在大唐中寧項(xiàng)目地下儲(chǔ)氣庫“環(huán)形列陣”設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，江西鉛山項(xiàng)目又實(shí)現(xiàn)了新的突破、升級(jí)，首次采用了“多環(huán)形列陣”設(shè)計(jì)。

在保證儲(chǔ)氣庫穩(wěn)定性的同時(shí)，該設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)多條儲(chǔ)氣庫獨(dú)立運(yùn)行的功能，可靈活梯次投運(yùn)，從容應(yīng)對(duì)多種復(fù)雜地質(zhì)狀況，同時(shí)提高了項(xiàng)目施工、運(yùn)行效率，為壓縮空氣儲(chǔ)能在更復(fù)雜、多元的地質(zhì)條件下應(yīng)用，提供了充足的技術(shù)支撐。

首次在壓縮空氣儲(chǔ)能地下儲(chǔ)氣庫采用數(shù)字孿生技術(shù)

出于對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能電站“數(shù)智化”管理需求的不斷提升，2024年，中儲(chǔ)國能率先在國內(nèi)壓縮空氣儲(chǔ)能地下儲(chǔ)氣庫采用了“大規(guī)模儲(chǔ)能與監(jiān)測自動(dòng)化管理體系設(shè)計(jì)”，以提高管理的精細(xì)化、智能化水平，不斷提高電站管理水準(zhǔn)。

多項(xiàng)重大工程  磨礪強(qiáng)悍地下儲(chǔ)氣庫建設(shè)實(shí)力

我們可以看到，2018年中儲(chǔ)國能成立之初，就是伴隨著我國首個(gè)壓縮空氣儲(chǔ)能淺埋地下儲(chǔ)氣實(shí)驗(yàn)庫——平江儲(chǔ)氣庫，一路走來的。

歷經(jīng)張北國際首座100MW、大唐中寧100MW、河南信陽300MW、江西鉛山300MW等多座先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能電站的不斷優(yōu)化，中儲(chǔ)國能針對(duì)不同地域、地質(zhì)條件下開展大量級(jí)地下儲(chǔ)氣庫總結(jié)出一整套適用于不同工程條件的解決方案，在壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)研發(fā)、核心裝備研制及系統(tǒng)集成方面的突出優(yōu)勢之外，又掌握了地下儲(chǔ)氣庫的核心競爭力，為未來持續(xù)在壓縮空氣儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)，奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

創(chuàng)新永不停歇，中儲(chǔ)國能總經(jīng)理紀(jì)律向記者表示，壓縮空氣儲(chǔ)能是一個(gè)系統(tǒng)工程，每一處都需要精細(xì)打磨、不斷迭代升級(jí)，未來企業(yè)還將繼續(xù)在地下儲(chǔ)氣庫領(lǐng)域加強(qiáng)科研投入，積極參與國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定，為壓縮空氣儲(chǔ)能及其他相關(guān)領(lǐng)域，提供富有價(jià)值的技術(shù)、工程服務(wù)。

文/中國能源網(wǎng)