页岩油气概况和天然气的区别—油气藏分为哪几种

　　CO2 地质封存是完成化石能源低碳以至零碳排放的有用路子, 曾经被国际社会列为固碳的次要手艺手腕[12]

　　CO2 地质封存是完成化石能源低碳以至零碳排放的有用路子, 曾经被国际社会列为固碳的次要手艺手腕[12]。化石能源作为我国能源次要组成部门(图5), 此后很长一段工夫内仍将是我国能源消耗的主体, 减碳和固碳压力宏大。CO2封存地质机关包罗衰竭油气藏、咸水层、盐穴和深部煤层等。按照测算, 我国2030和2060年CO2地质封存需求量别离为0.2~4.08和10~18.2亿吨[13]。超临界形态下, 封存1吨CO2需求公开空间体积约为1~1.4 m3, 则2030和2060年CO2地质封存需求公开空间将会到达4亿和18亿m3,给深部公开空间操纵带来新的机缘。

　　干涸油气藏是指曾经开采衰竭大概开采到必然水平的退役油气藏, 常被用来建立公开自然气储蓄库。停止2021年，全天下曾经建成油气藏型储气库523座、事情宇量约3500亿m3, 建库数目和事情宇量别离占到储气库总数和总事情宇量的73%和79%(。用于储气的含水层普通由含水砂层和不透气笼盖层构成, 环球曾经建成含水层型储气库87座、总事情宇量到达467亿m3(。盐穴是指操纵水溶法在盐岩地层中为储能特地制作的大概采矿构成的公开腔体。操纵盐穴停止公开能源储蓄曾经较为成熟, 全天下今朝曾经建成盐穴储气库约100座、构成事情宇量超330亿m3(。同时, 盐穴石油储蓄库、盐穴紧缩氛围储能发电站和盐穴储氢库等都曾经有胜利施行的案例。我国曾经建成江苏金坛和湖北江汉盐穴储气库, 累计投产腔体超越40个、构成事情宇量超越10亿m3。矿洞作为矿产资本开辟完成后构成的公开空间, 具有资本量大页岩油风格况、散布广等劣势, 1963年在美国克罗拉多DENVER四周初次建成烧毁矿洞储气库, 今朝天下上有3座烧毁矿洞储气库[4]。同时, 德国方案操纵烧毁的煤矿矿洞建立抽水蓄能发电站[5,6], 以进步干净能源操纵服从。操纵深部公开空间停止石油和自然气储蓄曾经具有较长的开展汗青并构成相干财产。跟着能源低碳和干净化开展和对进步能源供应宁静牢靠度的需求不竭增长, 深地储能曾经被付与新的内在并进入了快速开展阶段。

　　深地储能是指操纵深部公开空间(地质体)施行石油、自然气、氢气、紧缩氛围及CO2等能源或能源物资和氦气等计谋稀缺物资的储蓄, 保证能源安稳供应和计谋物资宁静、进步干净能源操纵服从和削减CO2排放等[1]。深地储能地质体范例包罗：干涸油气藏、含水层、盐穴和矿洞等(图2)。

　　(1) 展开衰竭油气藏精密化普查事情, 分别出优先建库区、可建库和待建库区, 并分离国度储气库建立计划保举出建库库址。

　　(5) 展开煤矿等非金属矿和铁矿等金属矿采空区普查事情, 分离储油和紧缩氛围储能等手艺特性, 给出潜伏建库库址。

　　将风能、光能等干净能源发生的富有电能转换为氢能停止储能也是大范围储能的主要方法, 是国际上储能范畴研讨的热门和难点, 也是我国大范围储能优先开展的标的目的之一。按照《中国氢能及燃料电池财产白皮书》猜测[9], 2030年中国氢能年需求量将高达3500万吨, 2050年氢能将在我国终端能源系统中占比10%, 年需求量6000万吨(折6600亿m3)。面临云云范围化氢能操纵, 必需成立响应的保安调峰储蓄。操纵深部公开空间储氢是完成大范围储氢的经济和宁静手腕, 能够完成万吨级范围的氢能储蓄, 满意太瓦和时节性调峰需求。美国和英国等展开了操纵深部公开盐穴施行大范围氢能储蓄方面的现场实验[10], 单个盐穴最大储氢量能够到达近万吨。德国、法国和美国等曾经展开了H2和CO、CH4等混淆气体在公开含水层和衰竭油气藏中大范围存储的工程实验[11], 并获得了相干工程经历和根底实际熟悉。

　　深地储能在我国曾经获得了长足开展, 特别是在操纵干涸油气藏和盐穴建立公开储气库方面曾经到达了国际抢先程度, 深地紧缩氛围储能、盐穴储油、盐穴储氦、地质储氢和CO2地质处理等都在兴旺开展, 深地储能财产逐步构成, 可是仍旧存在以下成绩。

　　以自然气、风能和太阳能为代表的干净能源散布上具有很强的地区性和时域性, 限制了干净能源的安稳供应和高效操纵。我国自然气主产区在西北而消耗区在东南, 消费区和消耗区经由过程上千千米的管道毗连, 且消耗存在较强的时节性和时段性, 给自然气安稳宁静供应带来了宏大的应战。比方, 2017年囊括天下的“气荒”严峻影响了百姓经济开展和民生。将风能和自然气的区分、光能等干净能源转换为可存储的能源(紧缩氛围、氢气等)是克制其地区性和时域性缺陷的殊途同归, 而大范围储能设备建立是根底和条件, 建立深地储能库是最好挑选。别的, 我国石油对外依存度高, 但储蓄不敷且次要以空中储蓄为主, 简单遭到战役、恐惧主义和天然灾祸等影响, 严峻要挟国度能源和国防宁静, 加大储蓄、进步储蓄宁静势在必行[3]。21世纪是人类开辟操纵深部公开空间的世纪。因而, 资本化操纵我国深部公开空间停止石油、自然气、氢气、紧缩氛围及CO2等能源或能源物资和氦气等计谋稀缺物资的储蓄, 对优化我国能源构造、快速进步能源储蓄才能和确保国度能源及计谋物资宁静具有主要意义, 是我国能源储蓄主要的开展标的目的。

　　2023 年, 湖北大冶绿电绿氢制储加用一体化氢能矿场综合建立制氢工场项目正式开端建立, 此中包罗操纵采矿矿洞停止氢气存储的工程实验, 无望成为中国地质储氢第一库(。中国科学院武汉岩土力学研讨所次要卖力采矿矿洞储氢可行性阐发及现场工程实验枢纽手艺等方面事情。同时, 中国科学院武汉岩土力学研讨所正在与中国平煤神马团体结合展开操纵盐穴停止大范围储氢相干研讨事情。

　　2009 年, 操纵盐穴施行紧缩氛围储能发电被提出并分离金坛盐矿地质前提展开了地质可行性评价, 挑选出10余个采卤盐穴作为建立紧缩氛围储能电站的潜伏库址[14]。2021年, 在前期盐穴选址根底上建成了我国首坐紧缩氛围储能发电站——金坛盐穴紧缩氛围储能发电站。该储能发电站设想功率为60 MW, 远期设想功率为300 MW, 于2022年5月并网发电[15]。山东肥城盐穴紧缩氛围储能发电站2021年9月完成并网发电, 设想储能发电功率为10 MW。因为操纵深部公开空间停止紧缩氛围储能具有宁静、经济和高效等劣势, 在我国显现出井喷式的开展。比方, 湖北应城300 MW盐穴紧缩氛围储能项目、江苏淮安400 MW紧缩氛围储能项目、山东肥城300 MW紧缩氛围储能树模项目二期等正在建立和计划建立的项目共有19个, 计划总装机量到达5.38 GW(。按照猜测, 我国2025年紧缩氛围储能发电装机量到达6.76 GW, 2030年到达43.15 GW(无望构成新的财产。

　　自然气作为一种干净能源, 是替换煤炭和石油等化石能源的一种过渡能源, 在我国能源消耗占比中逐年增长。2017年, “气化中国”计谋施行以来自然气消耗在中国显现出发作式增加。2022年, 中国自然气表观消耗量到达了3663亿m3, 此中入口自然气为1532亿m3、占比41.8%, 加大储蓄是保证自然气供应宁静的火急需求。同时, 我国自然气主产区在西南和西北地域, 而自然气次要消耗区在中东部地域, 且消耗量随时节性变革大, 大范围自然气存储是包管长输管道自然气安稳供应的枢纽。今朝我国大范围自然气储蓄次要包罗：公开油气藏型储气库、盐穴储气库和LNG储罐。按照国际老例, 储蓄事情宇量到达年消耗量的15%阁下才气包管管网运转和自然气供应宁静[1,3]。我国自然气储蓄严峻滞后自然气财产开展需求, 供需不均衡成绩凸起, 招致大范围“气荒”多次发作。2020年4月10日, 国度发改委等5部分结合下发《关于放慢促进自然气储蓄才能建立的施行定见》, 请求放慢自然气储蓄才能建立, 提拔自然气储蓄才能。2023年4月12日, 国度能源局印发《2023年能源事情指点定见》, 请求出力加强能源供给保证才能, 以公开储气库为主, 内地LNG储罐为辅, 促进储气设备集约规划。按照猜测, 2030年我国自然气消耗量将会到达6000亿m3, 保安调峰需求的储蓄事情宇量将会到达900亿m3。放慢自然气计谋储蓄轨制建立曾经在全天下构成共鸣。按照我国自然气消耗市场范围及开展远景猜测, 计谋储蓄范围将会到达600亿m3。今朝, 我国累计建成储气库24座, 构成事情宇量约190亿m3, 间隔实践需求还具有很大的差异, 这为操纵深部公开空间储能带来了新的机缘。

　　20 世纪60年月末, 在大庆油田开端测验考试操纵烧毁油气藏改建为公开储气库。1999年, 我国初次在大港油田操纵干涸凝析气藏建成了第一座贸易化的调峰储气库——大港大张坨公开储气库, 并于2000年投产运转。2007年, 金坛储气库开端投产运营, 是我国第一个盐岩公开储气库, 也是天下上第一个操纵已有溶腔改建而成的储气库。停止到2022年末, 我国累计建成储气库24座, 构成事情宇量约为190亿m3, 此中衰竭油气藏型储气库20座、盐穴储气库4座。储气库事情宇量约占自然气消耗量(2022年)的5%, 间隔保安调峰所需的15%消耗量仍具有较大差异。中东部地域是中国经济最兴旺地区之一, 对自然气等能源消耗需求兴旺, 具有丰硕的盐矿资本, 比方江苏金坛、江苏淮安和河南平顶山等大型盐矿, 为建立盐穴储气库供给了便当。今朝金坛盐穴储气库曾经建成投产盐穴40余个、构成事情宇量超越10亿m3。根据国度整体计谋布置, 我国将构成四大地区性联网和谐的储气库群, 2025年天下储气才能达550~600亿m3, 2030年到达600~700亿m3, 2035年到达700~800亿m3。

　　2008 年我国石油对外依存度打破50%, 2019年超越70%。可是我国的计谋石油储蓄相对滞后, 计谋石油储蓄量占比消耗量的比例远低于美国、德国、法国等西欧兴旺国度。我国石油储蓄基地大部门建在内地地域, 且以空中储蓄为主。停止2014年, 国度计谋石油储蓄一期工程曾经建立完成、构成原油储蓄才能1243万吨, 储蓄基地均位于内地口岸。石油储蓄第二期建立正在停止，包罗：辽宁锦州、山东青岛和甘肃兰州等。较第一期更具有计谋纵深和宁静性，储蓄方法由传统的空中储罐转为水封花岗岩硐室、盐穴等多种方法。石油储蓄第三期正在计划中，建立重点为深部公开石油储库。

　　[8] 国度开展变革委国度能源局关于印发《“十四五”新型储能开展施行计划》的告诉. 发改能源[2022]209号, 成文日期: 2022年01月29日. 日会见)

　　(2) 增强盐矿开采计划设想, 量体裁衣施行新型采矿办法, 完成采矿-储能一体化开展, 动员盐矿开采向能源储蓄标的目的开展。

　　(3) 深地储能专业化人材缺少, 人材培育有待于进一步增强 。深地储能触及岩土工程、工程地质、地球化学、油气储运、能源工程等范畴, 是典范的穿插学科, 是经济开展和能源消耗碰到的新状况, 招致相干科技人材储蓄不敷, 没法满意大范围深地储能快速开展需求。

　　(2) 展开盐矿和盐穴资本普查事情, 摸清盐矿和盐穴资本家底, 并分离储油页岩油风格况、储气、储氢和压气蓄能等手艺特性, 保举出优先建库目的库址。

　　中国科学院武汉岩土力学研讨所研讨员, 中国工程院院士, 持久处置能源公开储蓄的实际和手艺研讨.

　　(3) 展开含水层有益圈闭筛查评价手艺研讨并构成响应的评价手艺系统, 对天下含水层资本停止普查, 为含水层储能库建库保举出潜伏库址。

　　(1) 针对操纵衰竭油气藏建立储气库, 打破油藏建库手艺瓶颈, 拓展建库新范畴, 优先展开库容高效动用枢纽手艺研讨进步在役库容操纵服从。展开鞭策储气库智能化建立枢纽手艺和拓展储气库新功用等方面的研讨。

　　(3) 增强以煤矿为代表的非金属矿和以铁矿为代表的金属矿开采的计划设想, 主动对接国度和处所储能计划, 完成采矿储能和谐开展。

　　能源干净化和低碳化是环球能源开展的不成逆趋向[1]。图1给出了环球可再生能源装机容量及其增加速度(2017~2022年)[2], 年均匀增加速率为8.88%。此中, 风电和光伏发电装机容量增长幅度最为明显, 其次为生物资发电, 水力发电增长不明显。中国作为能源消耗大国, 能源消耗次要以煤炭为代表的化石能源为主, 但能源干净化曾经成为国度能源开展严重的计谋布置。以自然气微风能、光能等为代表的干净能源范围化使用是完成“双碳”计谋和能源构造晋级转型的枢纽。2016~2022年, 干净能源在我国能源消耗占比从19.1%增长到25.9%, 年均增加速度到达5.2%, 此中风能、光能累计装机容量从2.46亿千瓦增长到7.60亿千瓦。干净能源曾经成为我国能源主要组成部门, 而且是我国能源此后开辟操纵的重点, 估计到2060年干净能源在我国能源消耗占比将会到达80%。

　　跟着我国能源干净化和低碳化开展不竭加快、石油和自然气对外依存度连结高位, 深地储能在进步干净能源操纵服从、保证国度能源宁静和确保计谋物资供应等方面劣势明显, 为应对新情势下能源宁静应战供给了新的处理思绪和办法, 可是深地储能仍旧存在一系列实际和手艺应战亟需处理。在根底实际方面, 倡议针对深部公开空间储油、自然气、氢、氦、紧缩氛围和CO2处理等使用处景展开具有针对性的研讨事情, 构成深地储能根底实际系统, 为深地储能新手艺研发和严重工程落地供给实际和手艺支持。在工程理论和人材培育方面, 倡议优先展开计谋石油盐穴储蓄、深部公开空间紧缩氛围储能发电、地质储氢和CO2地质处理等方面的手艺开辟和工程理论事情, 设置国度深地储能计划办理部分, 加大相干人材培育力度, 增进深地储能构成新的财产和经济增加点。

　　1993 年我国从石油出口国转换为石油净入口国, 比年来我国石油对外依存度超越70%, 而石油储蓄量与石油消耗量严峻不婚配且石油储蓄次要以空中储罐为主, 严峻要挟到我国石油供应宁静。石油具有易燃易爆的特性, 火警等隐患宏大。比方, 1989年黄岛油库火警、2011年日当地动引发千叶县空中储罐火警[3]和2022年古巴雷击招致大批计谋储蓄石油被销毁等(页岩油风格况。同时, 空中储油罐也是军事冲击和恐惧打击的次要工具(。空中储罐占空中积大。以建立500万吨空中石油储蓄库为例, 约莫需求2000亩地盘, 且在间隔油库必然范畴内不克不及处置职员麋集型消费和举动。操纵深部公开空间, 特别是深部公开盐穴停止计谋石油和废品油储蓄, 具有经济性好、宁静性高和占地少等劣势, 曾经在西欧多个国度获得推行和使用。今朝全天下有超越10亿桶原油和废品油存储在深部公开盐穴中[1], 为保证相干国度能源宁静作出了宏大奉献。按照国际能源构造倡议, 一个国度计谋石油储蓄量应很多于其90天的消耗量才气保证其石油供应宁静页岩油风格况。2022年, 我国废品油消耗量到达了3.26亿吨,将废品油存储于深部公开空间也是我国废品油存储的主要开展标的目的。这为深部公开空间储能带来了新的需求。

　　称谢 本文部门概念和信息按照第748次香山科学集会“公开储能”预会李术才院士、赵文智院士、李阳院士、李根生院士、孙焕泉院士和马新华传授级高工等陈述和讲话总结得到, 在此一并暗示最真挚的感激！

　　[14] 杨花. 压气蓄能过程当中公开盐岩储气库不变性研讨. 武汉：中国科学院武汉岩土力学研讨所, 2009

　　(2) 操纵深部公开空间成立深地储能原位尝试室, 展开多标准的深地储能模仿尝试, 得到跨标准前提下深地储能库宁静演变纪律, 研发深地储能宁静调控枢纽手艺。

　　(3) 聚焦地质储氢相干实际和枢纽手艺研讨, 提醒地质储氢原位生物、化学和物理反响机制和机理和对储能地质体机能演变影响纪律, 构成地质储氢系列实际系统。

　　(1) 深地储能范畴前沿根底研讨不敷, 还没有构成体系的实际系统, 没法对深地储能枢纽新手艺策源供给支持 。操纵深地储氢、紧缩氛围和氦气等触及多场多相和多标准耦合、原位生物-化学和物理反响、小份子气体渗流、储能地质体物理力学机能演变等实际和手艺方面的新成绩和新应战, 是国表里深地储能最新研讨前沿。因为前期未触及相似工程情形, 招致已有的根底实际和枢纽手艺没法满意深地储能开展新情势的需求。

　　图3 给出了操纵干涸油气藏、含水层、盐穴和矿洞等深部公开空间储能在能源互联网中感化的示企图。第一, 操纵深地公开空间施行紧缩氛围和氢储能, 能够有用进步干净能源操纵服从和丰硕干净能源使用处景。以风能、太阳能和潮汐能为代表的可再生能源, 存在不克不及持续供应和散布地区性强等缺陷, 给电网宁静运转带来了宏大应战, 形成弃风弃光严峻[3]。经由过程将风能、光能等可再生能源转换为紧缩氛围魄能和氢能(电解水制氢)是处理其上述缺陷的有用手腕。因为紧缩氛围能量密度低, 大范围存储紧缩氛围的空间是限制紧缩氛围储能经济性、快速开展中的主要一环。绿电制氢并进入管网是完成绿氢大范围、高效操纵的枢纽。操纵深部公开空间建立储氢库是氢能“制-输-储-销-用”财产链中主要的一环。第二, 停止2022年, 全天下有超越10亿桶原油和废品油、4000亿m3自然气被存储在深部公开空间中[1], 对保证环球能源宁静和能源商业阐扬了宏大的感化。第三, 氦气作为主要的计谋物资, 普遍地使用在航空航天、高端制作和精细医疗等范畴, 我国对外依存度持久连结在95%以上,操纵公开空间施行氦气储蓄对保证我国氦气供应宁静和大批氦气国际采购博弈具有主要意义。第四, 操纵深部公开空间停止CO2地质封存(包罗操纵)是完成化石能源减碳和零碳的有用路子之一, 我国曾经在CO2驱油和煤层气等范畴获得长足开展。因而, 深地储能是能源互联网中的枢纽节点和主要根底设备。

　　(1) 增强油气藏开辟与建立自然气储库、紧缩氛围储能发电站、CO2处理和储氢库等顶层设想, 统筹油气开辟与储能需求, 最大限度完成空中装备设备、井筒和公开空间等宁静高效操纵。

　　(2) 深地储能缺少顶层设想计划, 采矿和储能等相干范畴和谐不敷, 低落了深部采矿公开空间操纵服从, 滞后了深地储能施行历程 。操纵采矿构成的深部公开空间停止储能, 能够变废为宝, 完成采矿空区的资本化操纵, 明显低落储能本钱、放慢储能库建立进度和自然气的区分。因为缺少顶层计划设想, 未能完成采矿和深地储能一体化协同开展, 招致采空区宁静性、密封性和经久性等没法满意深地储能请求, 形成深部公开空间资本的大批华侈。比方, 我国已有盐矿水溶开采构成的盐穴超越2000个, 而能够满意储能等需求的不敷50个。

　　(4) 将深地储能作为确保国度能源和国防宁静的主要步伐之一, 设立国度深地储能计划办理部分, 按期订定并公布“国度深地储能”计划, 增强我国深地储能的顶层设想。设置深地储能学科, 增强深地储能专业手艺人材培育。

　　(2) 针对我国层状盐岩地质特性, 重点展开高杂质含盐地层建库新手艺研讨, 进步建库服从, 完成层状盐岩多建库和自然气的区分、建大库和低本钱建库。

　　(1) 研发模仿深地储能过程当中高温、高压、渗流、生物-化学-物理反响等室内体系, 完成对实践深地储能工况的精准模仿, 为深地储能施行供给尝试手腕。

　　以风能和太阳能为代表的干净能源在我国能源团体消耗占比从2016年的19.1%增长到2022年25.9%(图4)。按照猜测, 2030年我国干净能源消耗量占比将要到达30%以上。因为风能、光能等干净能源具有不克不及连续供应和地区性散布强等自然缺陷, 2022年新疆、西藏、山东和内蒙古等地出台响应政策请求风景发电项目需求装备1~2 h 5%~40%装机容量的储能。储能作为风能、光能等干净能源项目上马的先决前提,客观上增进了储能财产的开展。依托深部公开空间建立大型紧缩氛围储能发电站具有储能范围大、经济性好和宁静性高档劣势,曾经在行业内告竣共鸣, 比方德国Huntorf和美国Mcintosh压气蓄能电站[7]等都是以深部公开盐穴作为储能载体, 并曾经完成了贸易化运转。紧缩氛围储能曾经被列入国度“十四五”储能重点开展标的目的[8]。2021年, 中国紧缩氛围储能完成了逾越式增加, 新增投运范围170 MW, 累计装机范围为183.35 MW, 计划建立的包罗：江苏淮安465 MW/2600 MWh紧缩氛围储能项目、湖北应城300 MW紧缩氛围储能项目和辽宁向阳300 MW紧缩氛围储能项目等页岩油风格况。

　　(4) 放慢操纵深部公开空间施行压气蓄能方面的研讨事情, 霸占高频次、高强度注采和猛烈温度变革等对储能库宁静演变影响的调控枢纽手艺。

　　(3) 分离实践深地储能工程建立观察站和尝试室, 展开示场专项尝试和反演阐发, 优化储能库运转参数和监测计划, 进步储能库运转服从和宁静程度和自然气的区分。

　　[5] 何涛, 王传礼, 高博, 等. 烧毁矿井抽水蓄能电站根底建立配备枢纽成绩及对策. 科技导报, 2021, 39: 59−65

　　(4) 展开CO2驱油、咸水层地质封存和深煤层封存CO2等地质封存CO2地质体普查事情, 分离地区CO2封存需求及运输本钱, 保举出CO2处理库址。