中国大规模盐穴储氢需求与挑战

氢能是来源广泛且低碳清洁的能源,大力发展氢能产业是实现双碳目标和应对全球能源转型的重要举措。在氢能“制备―储存―运输―应用”全产业链中,储氢难问题长期制约着氢能产业高质量发展。盐穴储氢具有成本低、规模大、安全性高和储氢纯度高等突出优势,是未来氢能大规模储备的重要发展方向,也是我国能源低碳转型的重大战略需求。综合调研了我国制氢产业和氢能消费现状,分析了我国盐穴储氢的需求。调研了国外利用盐穴储存天然气和氢气的技术及工程现状,总结了我国盐穴储气库发展和建设历程。对比了利用盐穴储存天然气、氦气、压缩空气和氢气的异同点,提出我国盐穴储氢面临三大科技挑战:层状盐岩氢气渗透与生化反应、盐穴储氢库井筒完整性管控、储氢库群灾变孕育与防控。研究成果明确了我国氢气储备需求的快速增长趋势和大规模盐穴储氢的重点攻关方向。

一种应用于氢能产业一体化的新型多功能盐穴储氢库

为实现“双碳”目标,解决氢能大规模储存难题,结合中国氢能发展趋势,提出了包含盐穴储氢库的3种发展情景下的氢能“制–储–用”一体化方案:情景1,盐穴储存绿氢,用以燃料电池及炼钢炼铁领域;情景2,盐穴储存绿氢及CO_(2)–O_(2)混合气体,用于地面合成甲烷及甲烷富氧燃烧发电;情景3,盐穴储存合成甲烷,用以除发电以外的其他用途。从盐穴储氢库全生命周期的角度,分析了储氢库在3种发展情景下的作用,提出了多功能储氢库的概念:可起到废电利用、电力平衡、氢能安全高效储存、CO_(2)减排等多项作用。以昆明市安宁盐矿及云南省为例,结合云南省水电为主的电力结构,分析了多功能盐穴储氢库在情景1、2中的建设需求:情景1,采用绿氢直接炼钢工艺,需电解绿氢约6.0×10^(5)t,配套多功能盐穴储氢库总气量1.3×10^(8) m^(3),可实现昆钢减排722 t;情景2,针对云南未来电力季节性缺额问题,假设甲烷富氧发电厂提供半年枯期电力,装机200 MW,仅需建设多功能盐穴储氢库总库容4.78×10^(6)m^(3),可消纳水电5.34×10^(8)kW·h,提供枯期发电量2.88×10^(8)kW·h。

考虑容量优化的光伏制氢盐穴储氢系统经济性分析

文章对采用盐穴储氢的光伏制氢模型进行构建并研究其经济性。首先,对盐穴进行物理建模计算其储氢能力,并构建光伏制氢系统,针对压力容器储氢方案与盐穴储氢方案进行对照分析。然后,以成本最小化为目标,利用混合整数规划模型优化各方案容量,并对优化结果进行技术经济性分析。最后,选取4种因素对采用盐穴储氢方案进行敏感性分析。结果表明,采用盐穴储氢的光伏制氢系统的氢气平准化成本为32.18元/kg,相较于压力容器储氢方案成本减少8.73%,盐穴方案的最终净现值高于压力容器方案20.65%,投资回收期缩短10.14%,内部收益率更高。对光伏制氢盐穴储氢方案经济性的影响由大到小依次为太阳辐照量、光伏与电解槽资本成本和盐穴埋深,因此,在未来光伏与电解槽成本下降趋势下,在西部辐照量资源丰富的区域进行光伏制氢盐穴储氢将更具经济可行性。

大规模地下储氢技术研究展望

随着传统化石能源消耗和环境污染问题日益凸显,能源行业一直在寻找可再生能源来满足绿色消费需求。氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源,正逐步成为能源转型的重要载体之一。为了落实能源需求变革,氢能的安全高效存储尤为重要。地下储氢技术由于其储氢规模大、综合成本低而受到了广泛关注。本工作分析了世界地下储氢项目概况和研究进展,结果表明盐穴储气密封性好、结构稳定、操作灵活的优点,是目前大规模地下储氢最有前景的选择。从氢气的特点出发,综合阐述了在工程实施中氢气的注采对井况和地下环境造成金属腐蚀、橡胶失效、水泥降解、氢气泄漏等问题,为国内发展盐穴储氢技术研究提供借鉴。进一步结合中盐金坛盐穴综合利用的经验以及江苏地区的地域特点,探索盐穴储氢的技术路线的可能性。该路线通过将水电解制氢技术、盐穴储氢技术及天然气管道掺氢技术相结合,解决“制、储、运”的关键问题,为中国实现“双碳”目标提供思路。盐穴储氢具有能源电力消纳、电网削峰填谷、跨季节存储、平衡氢能供需以及低成本等优势,这对于可再生能源发电剩余电量的大规模存储、绿色清洁氢能源的使用与发展以及节能减排、发展低碳经济都具有十分重要的意义。