中国研究人员确认了水平连接盐穴压缩空气储能的长期稳定性

Silver City，澳大利亚首个CAES设施预计将于2027年上线。图片：Hydrostor

　　来自中国的一个小组研究了使用位于低品位倾斜盐层中的两口对接水平井（TWH），来进行压缩空气储能（CAES）的长期稳定性测试。

　　研究小组解释说：“根据统计数据，中国现有的盐穴中约有85%是TWH。随着盐穴储能库的扩大，具有良好地质条件的优质洞穴越来越稀缺。中国拥有大量高含沙量的TWH盐穴，其中一些高达90%甚至完全被埋藏。因此，对低品位倾斜盐层TWH洞穴的研究具有至关重要的工程意义。”

　　该研究基于中国湖北省中南部潜江市TWH的简化版本。用于压缩空气储能（CAES）的盐穴形状被建模为理想椭球体，长800m，宽300m，厚800m。椭球体的长轴半径为100m，短轴半径为40m，连接通道的直径为15m，盐穴的高度为200m。盐层和夹层的总厚度为286m，其中盐层占190m。

　　根据潜江盐穴的特点，学者们研究了五个不同顶板深度（500米、800米、1200米、1600米和2000米）的埋深影响。此外，该小组还研究了7.5°、15°、20°、25°和30°的倾角。倾角是指岩层相对于水平面的倾斜角度。更大的倾角意味着岩层更陡，因此洞穴的一侧比另一侧更深，承载的重量也更大。

　　CAES被模拟为运行30年，每天充能8小时，放电数小时。

　　该小组为CAES盐穴在不同深度和角度的长期稳定性选择了四个评价标准：体积收缩率（VSR）、塑性区体积（PZV）、最大围岩位移（Dis-Max）和安全系数（SF）。VSR量化了由于盐蠕变导致的洞穴体积随时间的相对损失，而PZV表示已进入不可逆变形的围岩体积。Dis-Max测量洞穴周围任何点的围岩最大位移，而SF表示当前应力状态与盐穴破坏开始之间的距离。

　　研究小组指出：“结果表明，盐穴VSR和Dis-Max随深度呈指数级增长，超过1500米后增长明显加快。地层倾角的增加加剧了下部洞室VSR和位移的不对称性。在2000米深处，倾角每增加10°，VSR和Dis-Max分别增加3.53%和489毫米。沉积体对围岩变形具有显著的缓冲作用，其VSR受倾角的影响较小。”

　　总之，他们建议，对于1500米或更深的深盐穴，应优先将倾角控制在20°或更小，而对于1000米以下的浅穴，允许的倾角可以放宽到30°。他们进一步指出，该研究为在中国广泛分布的倾斜盐层中建设压缩空气储能设施提供了重要的参考指导。

　　他们的发现发表在《地球能源科学（Earth Energy Science）》杂志上名为“低品位倾斜盐层中水平连接盐穴压缩空气储能的稳定性评估”报告中。来自中国重庆大学、中国石化石油勘探开发研究院、自然资源部复杂构造区非常规天然气评价与开发重点实验室和贵州省油气勘探开发工程研究院的科学家参加了这项研究。

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