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江蘇鹽穴儲能：優勢、挑戰與未來發展建議
文/劉榮峰 耿曉倩 林江剛 郭同書 劉進 趙旭 江蘇省工程咨詢中心有限公司
鹽穴地下空間是巖鹽礦產開采后必然產物，是巖鹽資源密切共生的重要地下空間資源，它是一類特殊的地下空間資源，由于其良好的密閉性從而成為能源儲存的理想介質。江蘇鹽穴資源豐富，科學謀劃鹽穴資源開發，推動鹽穴儲能規模化、高質量發展，對推動江蘇高質量發展邁上新臺階，提升江蘇能源安全保障能力、加快能源綠色低碳轉型具有重要意義。
一、江蘇發展鹽穴儲能的優勢
（一）江蘇鹽穴資源稟賦優勢明顯
巖鹽和芒硝是江蘇省重要的優勢礦產，主要分布在師砦鹽盆（徐州豐縣）、淮安鹽盆（淮安謝碾-下關-朱橋）、洪澤鹽盆（洪澤趙集-順河集）、金壇鹽盆（金壇陳家莊－鎮江榮炳）等地區。江蘇省巖鹽資源分布區面積總計416平方公里，已設探礦權38.97平方公里、采礦權61.33平方公里，總計100.3平方公里，約占礦床總面積的24.11%。已落戶采鹽企業18家，設計采礦能力約3419萬噸/年，實際開采量約1784.39萬噸/年，折算每年可形成理論鹽穴空間約825萬立方米。洪澤鹽盆以芒硝為主，伴生巖鹽；其他鹽盆以巖鹽為主，伴生芒硝。鹽盆埋深適宜，具備形成鹽穴的良好基礎。
（二）江蘇鹽穴儲能利用走在前列
江蘇省是國內最早進行鹽穴規模化利用的省份，儲能利用成效引領全國。鹽穴開發利用不斷加快，相繼建成投產了國家管網（原中石油）金壇儲氣庫、中石化金壇儲氣庫、港華金壇儲氣庫、江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲能電站等一批鹽穴儲氣儲能利用項目。鹽穴利用規模不斷增長，鹽穴利用區域主要集中在金壇鹽盆，主要用于儲氣，儲氣規模從310萬方增長至740萬方，截至2022年底，已累計形成儲氣庫工作氣量12億方，為長三角地區天然氣調峰保供發揮了積極作用。體制機制不斷完善，出臺了《江蘇省關于加快儲氣設施建設和完善儲氣調峰輔助服務市場機制的實施方案》等文件。示范作用不斷增強，自2007年投產了我國第一座鹽穴儲氣庫后，“十三五”期間，投產了我國第一座由城市燃氣企業運營的商業鹽穴儲氣庫，建成了我國第一座鹽穴壓縮空氣儲能電站，推動了大規模新型儲能技術發展。
表1 江蘇省鹽穴儲氣庫基本情況（截至2022年12月）
序號 名稱 所在地 項目單位 現狀
1 國家管網金壇儲氣庫一期 常州市金壇區 國家管網 部分投運
2 國家管網金壇儲氣庫二期 常州市金壇區 國家管網 部分投運
3 國家管網淮安儲氣庫 淮安市淮陰區 國家管網 前期
4 國家管網楚州儲氣庫 淮安市淮安區 國家管網 前期
5 中石化金壇儲氣庫 常州市金壇區 中石化 部分投運
6 淮安蘇鹽井神張興儲氣庫 淮安市淮安區 蘇鹽井神 在建
7 港華金壇儲氣庫一期 常州市金壇區 港華儲氣有限公司 部分投運
8 港華金壇儲氣庫二期 常州市金壇區 港華儲氣（金壇）有限公司 在建
9 常州市金壇鹽穴儲氣庫 常州市金壇區 常州市儲氣有限公司 在建
二、江蘇發展鹽穴儲能面臨的挑戰
雖然江蘇鹽穴儲能發展取得了一定成績，但發展過程中仍存在一些問題：
發展矛盾較為突出。鹽穴的形成依賴于巖鹽資源的采出，因部分鹽化工企業面臨產能飽和、市場需求等情況，鹽化工行業實際采礦能力利用率較低，鹵水消納能力不足，鹽穴腔體形成遲滯，鹽穴儲能項目建設周期長，儲能市場需求矛盾較為突出。
技術成本有待突破。用于儲能的鹽穴建設周期一般需要3到5年，其成本是傳統制鹽采鹵項目建設成本的數倍。目前水溶造腔等技術難以完全解決造腔速度慢、成腔率低等問題。
配套體制機制有待完善。鹽穴使用權的租賃、轉讓等機制尚不健全。鹽穴儲能配套政策支持力度有待加強。市場化機制尚不完善，儲氣、儲電等儲能調峰服務成本缺乏合理的市場化疏導。鹽穴資源統籌力度待加強，鹽穴儲能項目合作機制待完善。
三、江蘇鹽穴儲能未來發展建議
鹽穴具有極低的滲透性、較好的蠕變及損傷恢復特性和較高的安全性，鹽穴自身優勢催生其多元化的儲能利用方向，包括儲存天然氣、儲存電力、儲存氫氣等。隨著技術的不斷突破，可發展多種類多形式的鹽穴儲能利用。
（一）鹽穴儲氣
1. 國際國內發展形勢
自1959年蘇聯建成世界上第1座鹽穴儲氣庫以來，全球鹽穴儲氣庫建設和運營已有60多年的發展歷程。目前，全世界共有100余座鹽穴儲氣庫投入運行，主要分布在北美洲和歐洲，以美國和德國居多。
我國鹽穴儲氣庫研究始于1999年，2005年我國第一座鹽穴儲氣庫—金壇儲氣庫開工建設。依據國家總體部署，我國未來將形成東北儲庫群、華北儲庫群、長江中下游儲庫群和珠江三角洲儲庫群四大區域性聯網協調的儲氣庫群。目前，已投產的40多口鹽穴儲氣庫，總體積近1.5×107立方米。另外，江蘇淮安鹽礦、湖北云應鹽礦、河南平頂山鹽礦、山東泰安鹽礦、河北寧晉鹽礦等地的鹽穴儲氣庫工程，也已進入可行性論證及先導試驗階段，我國正在迎來鹽穴儲氣庫建設的高潮。
2. 發展建議
隨著我國天然氣消費量的不斷增大，天然氣儲備在平衡市場供需矛盾、保障國家安全等方面有重要意義，鹽穴儲氣庫的建設呈現出高需求態勢。建議搶抓國家戰略機遇，深入落實碳達峰碳中和要求，充分利用江蘇地區豐富的鹽穴地下空間資源，一是對標國際先進水平，高起點高標準建設安全、高效、自主、可控的鹽穴儲氣庫，積極推進鹽穴儲氣庫項目建設，打造鹽穴儲氣群，提升全省儲氣調峰能力。二是發揮好鹽穴儲氣在江蘇省及長三角地區保供調峰中的重要作用，助力能源安全保供。三是推動儲氣庫建設主體多元化，鼓勵各種所有制經濟參與儲氣設施投資建設及運營。
（二）鹽穴壓縮空氣儲能
1. 國際國內發展形勢
壓縮空氣儲能是利用高壓空氣儲存電能的一種儲能技術。在用電低谷期，系統利用多余的電能驅動壓縮機，空氣在各級壓縮機被壓縮升溫升壓后，在間冷器中與溫度較低的介質進行換熱，高壓空氣溫度降低的同時得到高溫介質，高溫介質輸送至蓄熱罐中儲存。在用電高峰期，儲氣裝置中的高壓空氣先與來自蓄熱罐中的高溫介質進行換熱，升高溫度后進入膨脹機中，通過多級換熱和多級膨脹，驅動發電機工作，完成釋能過程。壓縮空氣儲能作為儲能的一種重要類型，具備抽水蓄能、電化學儲能等其他類型儲能不具備的特有優勢，相比于抽水蓄能，壓縮空氣儲能建設周期短、站址選擇相對容易、生態環境友好性高、移民拆遷問題小；相比于目前較為成熟的鋰電池儲能，壓縮空氣儲能壽命長、循環次數多、安全性好、清潔無污染、系統性能不衰減，且壓縮空氣儲能有類似于傳統火電的調頻調壓性能及轉動慣量和短路電流支撐，有利于未來高比例新能源場景下電力系統的安全穩定運行。
全球鹽穴壓縮空氣儲能電站研究已有40多年歷史。德國于1978年首次在Huntorf建立了29萬千瓦的鹽穴空氣壓縮儲能電站，至今穩定運行30余年，其由兩個單腔有效體積15萬方的鹽穴組成，運行壓力在5~7MPa之間，轉化效率42%左右。美國于1991年在阿拉巴馬州的McIntosh建立了世界上第二個商用鹽穴空氣壓縮儲能電站，功率11萬千瓦，轉化效率54%左右。以上兩個儲能電站采用的是傳統補燃式壓縮空氣儲能技術，發電過程會消耗化石燃料產生額外的碳排放。
我國鹽穴壓縮空氣儲能相關研究開發起步較晚，但近一二十年發展迅速。2022年，全球首座非補燃壓縮空氣儲能電站在常州金壇投產，在行業中發揮了重要的示范引領作用。從整體系統看，壓縮空氣儲能技術將向大規模、高效率、系統化方向發展。從構成環節看，各環節都在往低損耗、高效率、降成本方向發展。壓縮空氣儲能目前造價水平較高，隨著產業成熟和技術進步，未來基于鹽穴的壓縮空氣儲能造價有望低于現有大中型抽水蓄能造價水平。
2. 發展建議
新型儲能是構建新型電力系統的關鍵支撐技術，壓縮空氣儲能作為新型儲能的一種重要類型，有較大發展潛力。相比于抽水蓄能，壓縮空氣儲能建設周期短、站址選擇相對容易、生態環境友好性高、移民拆遷問題小；相比于目前較為成熟的鋰電池儲能，壓縮空氣儲能壽命長、循環次數多、安全性好、清潔無污染、系統性能不衰減，有利于未來高比例新能源場景下電力系統的安全穩定運行。建議充分發揮江蘇鹽穴資源優勢，以全省電力增長需求以及靈活調峰需求為導向，一是結合鹽穴資源條件、電網接入條件及相關政策法規要求，開展鹽穴壓縮空氣儲能電站選址，加強鹽穴壓縮空氣儲能站址資源儲備。二是因地制宜，推動大規模鹽穴壓縮空氣儲能項目建設，增強電力系統調峰能力，提升電力安全保障能力。
（三）鹽穴電池儲能
1. 國際國內發展形勢
基于鹽穴的液流電池儲能系統是一種新型的液流電池儲能系統。該系統利用鹽穴的地質儲存空間，儲能介質為電解質溶液，將氧化劑和還原劑分別儲存于兩個不同的地下鹽穴中，通過地下鹽穴的地質環境控制氧化劑和還原劑的流動，實現能量的儲存和轉換。
德國率先開展了鹽穴儲能電池系統的研究工作，德國能源公司 Ewe Gasspeicher Gmb H 與耶拿市弗里德里希• 席勒• 耶納大學計劃在 Jemgum 天然氣儲存設施所在地建造一套全球最大的氧化還原液流電池“鹽鹵發電”項目。
目前，我國鹽穴電池儲能技術研究尚屬空白，但是隨著利用鹽穴儲能技術的推廣，溶腔造穴技術的日益成熟，為開展鹽穴電池儲能技術的發展提供了有利條件。同時，規模化儲能的迫切需求，大規模、高效率液流電池的產業化與大規模應用已迫在眉睫，這也將帶動鹽穴電池儲能技術的發展。
2. 發展建議
基于鹽穴的液流電池儲能系統具有大容量、高效率、長壽命等優點。大容量：利用鹽穴的地質儲存空間，可以大大增加氧化劑和還原劑的儲存量，從而增大電池的容量。高效率：通過地下鹽穴的地質環境控制氧化劑和還原劑的流動，可以降低流動阻力，提高電池的效率。長壽命：鹽穴的地質環境較為穩定，可以避免外界環境對電池的影響，延長電池的使用壽命。建議充分發揮江蘇科創資源優勢，一是通過整合政府、企業、高校、科研機構等各方面資源，深化產學研合作，開展鹽穴液流電池儲能環境影響研究以及大規模鹽穴液流電池儲能技術研究。二是積極推動鹽穴電池儲能產業化示范工程建設，拓展鹽穴儲能應用場景。
（四）鹽穴儲氫
1. 國際國內發展形勢
氫能是公認的21世紀最具發展前景的二次能源。氫能不僅具有氫-電互換特性，還可廣泛應用于交通、工業、電力、建筑等領域，是可再生能源轉換的理想二次清潔能源。
鹽穴儲氫，即利用鹽穴的高密封性將氫能大規模儲存于地下鹽穴之中，可用作短期儲存或季節性儲存。相比較于地面儲存，地下鹽穴儲存具有儲量大、儲氣成本低、密封性好等優點，可達吉瓦級儲量，同時還可節省優化地面土地資源，是大規模儲氫的理想場所。
地下儲氫技術由于其儲氫規模大、綜合成本低而受到了廣泛關注。以美國為代表的世界發達國家圍繞地下儲氫技術正進行技術攻關，并得到迅速發展。目前，英國、德國、加拿大、波蘭、土耳其、荷蘭和丹麥等也都制定了鹽穴儲氫計劃。
我國地下儲氫研究較為滯后，尚無地下鹽穴儲氫實踐。但是天然氣地下儲氣庫在國內已實現大規模推廣，在建設和運營方面可以為氫氣儲運提供成熟經驗與借鑒。
氫能的快速和多元發展迫切需要加快對大規模儲氫技術的研究，相較于地上儲氫，地下鹽穴大規模儲氫具有儲量大（儲能可達數百兆瓦至吉瓦）、可適應短期或長期儲能、節省土地資源等優點。
2. 發展建議
鹽穴儲氫具有以下特殊優勢：巖鹽具有致密的基質和極低的滲透率，較好的蠕變特性使其能夠自動修復裂隙，鹽穴的工程條件適合儲存加壓氫氣。隨著可再生能源規模的持續擴大，需要配備大規模的儲能系統，對規模日益增大的可再生能源進行調峰儲能。可再生能源發電的資源條件和地下鹽穴儲氫的地質條件在江蘇疊加，將可再生能源發電與地下鹽穴氫儲能結合是綠色低碳發展的理想途徑之一。建議根據地理位置、區域條件，因地制宜發展鹽穴儲氫，將水電解制氫技術、鹽穴儲氫技術及天然氣管道摻氫技術相結合，解決氫氣“制、儲、運”等關鍵問題，支撐可再生能源大規模發展，助力交通運輸、工業等領域的深度脫碳，為江蘇新型能源體系建設和實現“雙碳”目標作出貢獻。
四、結束語
本文對江蘇發展鹽穴儲能的優勢和面臨的挑戰進行了分析，并結合江蘇資源稟賦、特色優勢，提出了鹽穴儲能未來發展建議。在“雙碳”目標背景下，江蘇鹽穴儲能迎來了前所未有的發展機遇，政府和企業應共同努力，積極推動鹽穴儲能發展，為實現“雙碳”目標作出貢獻。