完美体育-他们自嘲“风水先生”，却实现了3个“世界第一”—新闻—科学网

作者：倪思洁 来源：中国科学报 发布时间：2025/1/10 16:41:50 选择字号：小 中 大 他们自嘲“风水先生”，却实现了3个“世界第一”

2021年冬天，万明忠带着建新型储能电站的想法，走进中国科学院武汉岩土力学研究所（以下简称武汉岩土所），敲开中国工程院院士、武汉岩土所研究员杨春和办公室的门。

与科学家的联手，让身为中国能源建设股份有限公司首席专家、中能建数字科技集团有限公司董事长的万明忠心里慢慢有了底，也让未来的超级“空气充电宝”有了“底”。

3年后，2025年1月9日，被誉为超级“空气充电宝”的300兆瓦压缩空气储能电站示范工程全功率并网发电，正式投入商业运行。该储能电站位于湖北省孝感市应城市，是世界首台（套）全面投用的300兆瓦级压缩空气储能电站。

储能电站分为地下储能系统、地上电力系统两部分，地上是压缩机、膨胀机、换热器等设备，地下是两个盐矿采空后留下的洞穴。储能时，它可以用电力将空气压缩到90个大气压；放能时，它又可以让空气膨胀转变成电力。

“地上决定好坏，地下决定成败。”这是万明忠在做超级“空气充电宝”建设项目时最大的感慨，“地下盐穴的开发利用是决定整个储能电站成败的核心部分。”

“我们想找盐穴”

在万明忠的脑海里，新型电力系统是一个“三角形”，三条边是“绿色”“安全”“经济”。一直以来，以风能、太阳能等新能源为主体的新型电力系统，存在发电随机、间歇、波动的难题，储能被视为唯一一个能解决这些问题的办法。然而，化学储能有安全风险，抽水蓄能建设周期长、不经济，“绿色”“安全”“经济”三条边怎么都做不到一样长。

而他想做新型的储能电站，一种与以往的水电站、抽水蓄能电站、锂电池等化学储能电站都不同的电站，把中国的新型电力系统变成“等边三角形”。它利用空气的压缩与膨胀储能，具有安全性，又利用废弃盐矿洞穴等地下空间作为储能场所，相对更经济。

然而，最让他挠头的问题就是“去哪儿找这样的地下空间”。“‘地上’部分的技术我们已经掌握了，但要搞成压缩空气储能电站，就涉及‘地下’部分，这部分我们没有把握。”万明忠说。

“必须找一个对地下储能空间研究比较深的单位合作。”他心想。

2021年底的一天，万明忠第一次走进了杨春和的办公室：“我们想找盐穴，做压缩空气储能电站，发电功率要达到300兆瓦……”

杨春和一听，心中便有数了——他和他的团队已经有了成熟的技术储备。

1995年，杨春和受中国科学院留学基金资助，赴美留学，并于1999年获得美国内华达大学地质工程博士学位。毕业后，他回到武汉岩土所工作，成为该所留学归国的首位博士。

在美国留学时，杨春和发现，美国的石油战略储备库中，共有60余个盐穴，而彼时，我国连一座盐穴储备库都没有。回国后，他提出了一个设想：“向地下要空间，储存油气。”尽管很多人认为我国盐矿的地质层不适宜储气，但杨春和还是反复做实验，去全国各地找地下盐穴。2007年，他最初的构想变成了现实——江苏金坛储气库正式投产注气，成为亚洲首座地下盐穴储气库。

得知万明忠的想法后，杨春和胸有成竹。他推算，这个盐穴至少要有60万立方米的存储空间。

百里挑十，十里选二

作为武汉岩土所的科研团队，杨春和团队最熟悉的就是湖北地区，包括距离武汉两小时车程的应城。

应城是湖北省辖县级市，由孝感市代管。这座工业城市的地下有许多盐矿。岩盐与石膏、温泉一起被合称为“应城三宝”。

盐矿用水溶方式开采完后，会留下一个个空腔。这是储存油气、压缩空气的天然“宝箱”。

“盐穴四周都是氯化钠晶体，可以承受很高的压强，而且盐穴还有自修复功能，一旦出现裂缝，可以通过卤水再结晶，不仅能修复裂缝，而且不留‘疤痕’，是很好的密封储存库。”杨春和团队成员、武汉岩土所研究员马洪岭说。

基于对应城的了解，杨春和团队很快梳理掌握了应城4家盐矿里100多个盐穴的情况，并从中筛选出10个符合条件的盐穴。

“我们有3个筛选原则——稳定性、密封性、可用性。”对于盐穴筛选标准，马洪岭如数家珍，“盐穴不能太浅，否则加压之后洞穴会被‘撑破’，也不能太深，否则地面压缩机要对抗盐穴本身的巨大地应力；洞穴内壁上的盐要达到一定厚度才具备密封性；同时，体积还要达到60万立方米，否则支撑不了企业要求的电站能力。”

这些原则，来自杨春和团队过去20多年摸索出的经验，他们正在将其写入国家标准。“国内几乎所有的盐穴选址，都是我们团队做的。”马洪岭说，因为经常帮国内各类工程寻找合适的盐穴，他们常常开玩笑说自己是“风水先生”。

大约只用了一个月，杨春和团队就基于地质调查数据，拿出了初步的可行性研究报告，其中包含了10个盐穴的具体信息。最终，企业挑选了两个远离农田、埋深500米左右的盐穴，一个盐腔大约有40万立方米，另一个盐腔有20多万立方米。

三个“世界第一”

锁定盐穴之后，团队开始了更细致和紧张的工作。

用时一年，团队与中能建数字科技集团有限公司深地技术科研团队、中国石油天然气集团有限公司系统内多家单位深度协同，采用声呐、三维地震探测等技术手段，对盐穴的内部情况进行调查，逐渐摸清盐穴里的详细情况。他们又用时半年完成盐穴的稳定性、密封性、地面沉降评价，对盐穴进行全套力学实验。

其间，他们设计出大口径气密封井、新的排卤方案等一系列复杂盐穴空间高效率利用的成套技术。例如，团队首次实现了高位注气、低位排卤的沉渣空隙储气扩容新方案。

与国外的盐矿不同，国内的盐矿开采完后，空腔部分相对较少，很大一部分会被沉渣占据。盐矿里的盐溶进水里，变成卤水被排出来，但矿里的残渣还会留在腔体中。关于“沉渣空间能不能用来储气”，学界争论了十几年。一些人认为沉渣是泥或沙，不能储气，但杨春和团队坚持认为，沉渣是石块，缝隙里可以储气。

通过现场测试，研究团队揭示了沉渣空间良好的连通性。他们用一根相对短的管道为盐穴注气，又用另一根伸向沉渣底部的长管道向外排卤。随着卤水不断排出，盐穴里的储气空间越来越大，空间利用率从最初的20%提高到70%以上。

“目前我们已经在盐穴里腾出大约70万立方米的储气空间，超过了企业最初提出的需求。”杨春和说。

与此同时，他们还在世界范围内首次利用压裂盐穴开展地下储能，为我国盐穴采空区的大规模利用奠定了基础；首创国内最大口径注采井方案，大幅提高了盐穴空腔利用率和注采井的注采气量，降低了工程造价并缩短了建设工期。

2024年4月9日，湖北应城300兆瓦盐穴压缩空气储能电站并网发电。如今，该电站正式投入商业运行，并实现了三个“世界第一”——单机功率世界第一、储能规模世界第一、转换效率世界第一。

“它的单机功率达到300兆瓦级，储能容量达1500兆瓦时，系统转换效率约70%，每天储能8小时、释能5小时，年均发电约5亿千瓦时。以空气为介质，它一年转换的电量可以满足75万居民的用电需求。”马洪岭说。

面对这座崭新的电站，万明忠感慨：“目前它可以有效应对新能源发电的波动性、间歇性和随机性，为湖北省电网安全稳定运行和省内新能源消纳发挥重要作用。”

信任与未来

2024年12月24日，在工程现场，庞大的注采井上涂着鲜红的漆，马洪岭看了看旁边的仪表盘，上面显示着“7.359MPa”。此时，在脚下看不见的盐穴里，空气已经被压到了73.59个大气压。“我们给企业的建议是最高到90个大气压，最低保持在60个大气压。”马洪岭说。

对于科学家，万明忠及其企业团队非常信任。过去3年里，双方已经成了好朋友。“我们随叫随到，他们也随叫随到。以前，我们对盐穴一点都不懂，现在在杨院士团队的支持下，我们团队也有了很多专家。”万明忠说。

在这个项目中，杨春和团队史无前例地提供了全过程的技术支撑。盐穴投入商业运行之后，他们还将继续帮助企业监测地面沉降情况，以确保储能电站安全运行。

“我们原本做的是一个很小众的研究方向，但遇到了能源转型的机遇期。”马洪岭回忆，2008年，团队刚开始做地下盐穴利用研究时门可罗雀，如今，“双碳”政策的驱动让新型电力系统和盐穴储能出现了井喷式发展，也让科技在服务经济发展方面有了用武之地。有时实验室刚开发出一项技术，立马就有企业想要承接。

与企业合作时，杨春和总是跟团队成员说：“企业的钱不是大风刮来的，你得给别人解决问题、带来经济效益，别人才会持续地跟你合作。”

杨春和计划，未来不仅要带着团队做“从0到1”的工作，也要关注“从1到0”的问题。“在工程取得成功之后，我们要反思为什么会成功，优化的空间在哪里，还有哪些基础原理没有研究透彻，以便进行下一步的技术迭代。”杨春和说。