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觀察丨枯竭油氣藏變身“儲氫寶盒” 解鎖大規(guī)模地下儲氫新路徑

來源：中國電力報(bào) 時(shí)間：2025-05-07 17:23

中國電力報(bào)記者 趙悅婧

　　隨著氫能地位的提高及制氫技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模、長周期儲氫的重要性日益凸顯。

　　作為油氣勘探開發(fā)的“退役陣地”，枯竭油氣藏因結(jié)構(gòu)完整、密封性強(qiáng)，天然適配氫氣存儲，且可直接復(fù)用原有基礎(chǔ)設(shè)施，大幅降低建設(shè)成本。同時(shí)，其地理位置多靠近現(xiàn)有能源產(chǎn)業(yè)鏈，便于氫氣運(yùn)輸與消納，兼具環(huán)保與經(jīng)濟(jì)性，正成為我國破解大規(guī)模儲氫難題的重要方向。

　　地下儲氫面臨多重技術(shù)挑戰(zhàn)

　　被譽(yù)為“21世紀(jì)終極能源”的氫能，其重要性不言而喻。

　　“根據(jù)今年最新的數(shù)據(jù)，我國氫產(chǎn)量中超過90%都是灰氫。”據(jù)中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所研究員王同濤介紹，其團(tuán)隊(duì)在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，近50%的灰氫沒有得到有效利用。

　　“就像火炬塔點(diǎn)了天燈，有的甚至排到上空變成溫室氣體。重要原因是缺乏大規(guī)模的儲運(yùn)設(shè)施，無法實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，同時(shí)沒有合適的消納路徑，導(dǎo)致重要的資源和能源浪費(fèi)。”王同濤說。

　　國內(nèi)外研究成果表明，地質(zhì)儲氫是大規(guī)模、安全、經(jīng)濟(jì)的儲氫方式。地下儲氫庫起源于20世紀(jì)70年代，是一種利用天然或人工構(gòu)造空間儲存氫氣的地下設(shè)施，主要分為三類，鹽穴、含水層和枯竭油氣藏儲氫庫。

　　枯竭油氣藏是指已采盡原有油氣資源的地下儲層。這類儲氫庫利用現(xiàn)有的地下空間和地層壓力差，具有容積大、密封性好、分布廣等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可大量利用現(xiàn)有地面地下設(shè)施，降低前期建設(shè)成本。

　　盡管這一技術(shù)路徑具備天然優(yōu)勢，但實(shí)際操作中仍存在技術(shù)難題。

　　比如，“儲能地質(zhì)體多尺度漸進(jìn)破壞表征難。”據(jù)王同濤介紹，與傳統(tǒng)單向開采的油氣藏不同，地下儲能過程涉及多相流體的動態(tài)注采，且注采模式需適配管網(wǎng)調(diào)度、消費(fèi)需求及貿(mào)易采購等，具有強(qiáng)隨機(jī)性。此外，儲能地質(zhì)體物性復(fù)雜，有多孔介質(zhì)的，也有鹽巖結(jié)構(gòu)的，如何對它的破壞進(jìn)行預(yù)測、預(yù)防，以確保地下儲能庫的運(yùn)行安全，這是在理論機(jī)理上的第一個(gè)挑戰(zhàn)。

　　再如，“在地質(zhì)儲氫中，其力學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)的作用機(jī)制是什么有待攻克。”王同濤解釋，2025年1月1日正式施行的《中華人民共和國能源法》首次將氫能納入能源管理體系，標(biāo)志著氫能從“危險(xiǎn)化學(xué)品”到“能源”的身份轉(zhuǎn)型。但受限于此前氫能作為危化品的管理限制，關(guān)鍵試驗(yàn)裝置缺失，現(xiàn)場中試難以開展，長期缺乏實(shí)際數(shù)據(jù)積累。

　　“在地下儲氫就像把氫氣放入一個(gè)神秘的‘黑匣子’，‘黑匣子’內(nèi)的壓力變化、化學(xué)反應(yīng)、微生物活動都會影響氫氣的安全和數(shù)量，但目前尚未得知這三個(gè)‘機(jī)關(guān)’是如何聯(lián)動的。”這是專家學(xué)者的同識。

　　“同時(shí)我們通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，氫氣本身活性也很強(qiáng)，在元素周期表里面是排在第一位的，所以耗氫的機(jī)理機(jī)制目前也尚不清晰。”王同濤說。

　　枯竭油氣藏儲氫具備資源優(yōu)勢

　　油田擁有枯竭氣田，這是建設(shè)地下儲氫庫的資源優(yōu)勢。“利用枯竭油氣藏現(xiàn)有的地下空間和地層壓力差，具有容積大、數(shù)量多、地質(zhì)認(rèn)識程度高、密封性好、分布廣等優(yōu)點(diǎn)。”中國工程院外籍院士陳掌星表示，枯竭油氣藏是極具潛力的地下儲氫的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

　　首先是庫容大、可承高壓。記者在第八屆中國國際管道會議主旨論壇中了解到，經(jīng)過數(shù)百萬年形成的儲層，如疏松多孔的砂巖或具有層狀結(jié)構(gòu)的頁巖，天生具備強(qiáng)大的氣體容納能力；而上方致密的蓋層，如鹽巖、泥頁巖十分堅(jiān)固，能夠承受數(shù)十兆帕的壓力，阻止氣體泄漏。這種“儲層+蓋層”的黃金組合，可為氫氣量身定制的地下容器。

　　其次是區(qū)域協(xié)同效應(yīng)。《中國氫能發(fā)展報(bào)告（2025）》（以下簡稱《報(bào)告》）顯示，2024年，三北地區(qū)占全國氫氣產(chǎn)量超50%，內(nèi)蒙古、山西、陜西、寧夏等地區(qū)氫氣產(chǎn)量均排名靠前。

　　同時(shí)，《報(bào)告》披露，截至2024年底，全國各地累計(jì)規(guī)劃建設(shè)可再生能源電解水制氫項(xiàng)目超600個(gè)，主要分布在西北和華北地區(qū)，合計(jì)占全國已建成產(chǎn)能近90%。

　　“枯竭油藏群恰好位于風(fēng)光資源富集區(qū)與高耗能工業(yè)帶的交匯地帶。”業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，地理上的天然適配，正在催生“可再生能源制氫—枯竭油藏儲氫—工業(yè)用氫”的閉環(huán)生態(tài)。

　　此外，油氣開采過程中積累的工程技術(shù)，也為儲氫提供了現(xiàn)成的解決方案。

　　但據(jù)IEA的統(tǒng)計(jì)，全球有50%的儲氫項(xiàng)目處于概念論證階段，少數(shù)處于試驗(yàn)和運(yùn)營階段。

　　不過據(jù)記者了解，針對枯竭油氣藏的微生物、耗氫反應(yīng)機(jī)制及調(diào)控方法，楊春和院士團(tuán)隊(duì)已與清華大學(xué)聯(lián)合展開相關(guān)研究，分布式儲氫關(guān)鍵技術(shù)突破研究工作也已展開。

　　“氫氣進(jìn)萬家，實(shí)現(xiàn)氫能社會，這不是童話故事。”楊春和院士說。

　　責(zé)任編輯：沈馨蕊