我國(guó)鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)發(fā)展必要性淺析

惠小蓉　劉家妮　石玭　胡媛　楊雅茹

摘 要：本文從我國(guó)能源的現(xiàn)狀出發(fā)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外能源儲(chǔ)備的現(xiàn)狀，闡述了我國(guó)發(fā)展能源儲(chǔ)氣庫(kù)的必要性和緊迫性。通過(guò)國(guó)內(nèi)外對(duì)鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)研究和應(yīng)用現(xiàn)狀的分析，對(duì)我國(guó)發(fā)展巖鹽儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)提出了意見和建議，對(duì)工程實(shí)際具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：鹽巖儲(chǔ)氣 能源

中圖分類號(hào)：TU457 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）08（a）-0200-011 我國(guó)能源現(xiàn)狀

儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)是伴隨著戰(zhàn)略能源儲(chǔ)備制度的提出而產(chǎn)生的。目前，美國(guó)的原油儲(chǔ)備已經(jīng)接近存儲(chǔ)能力極限，可以滿足200天的使用量。日本也建立了較為完善的石油儲(chǔ)備制度，儲(chǔ)備至少相當(dāng)于180天的原油進(jìn)口量?，F(xiàn)在，我國(guó)戰(zhàn)略能源的儲(chǔ)存量只有20天左右，與國(guó)際能源署規(guī)定的90天儲(chǔ)備目標(biāo)相差甚遠(yuǎn)。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的戰(zhàn)略能源儲(chǔ)備制度起步較晚，發(fā)展不成熟。我國(guó)地域廣闊，亟需建立符合自身特點(diǎn)的能源儲(chǔ)備制度，我國(guó)的能源特點(diǎn)如下。

（1）能源結(jié)構(gòu)不合理：2012年中國(guó)首次超越美國(guó)成為世界上最大的能源消耗國(guó)。在我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)中煤炭所占比例依舊較大，能源結(jié)構(gòu)不合理。

（2）人均能源不足、對(duì)外依存度高：根據(jù)中國(guó)工程院的有關(guān)報(bào)告，預(yù)計(jì)2050年，我國(guó)一次能源的人均供給量約為2.0～2.3噸標(biāo)準(zhǔn)煤，為世界平均水平的30%～35%，人均能源量嚴(yán)重不足。預(yù)計(jì)到2020年我國(guó)對(duì)國(guó)外石油資源的依存度將會(huì)從2010年的40%和2012年的50%增加到2020年的60%以上，對(duì)外依存度非常高。

（3）我國(guó)能源在空間和時(shí)間上分布不均衡：我國(guó)能源產(chǎn)地主要分布在西部地區(qū)，主要的消費(fèi)市場(chǎng)分布在東南沿海，在空間守喪呈現(xiàn)出南北不均的現(xiàn)象。在時(shí)間上冬季能源消耗量劇增、供不應(yīng)求、價(jià)格上漲。其他時(shí)間，供需穩(wěn)定，價(jià)格平穩(wěn)。

2 世界上主要儲(chǔ)氣庫(kù)的分布（表1）

為了應(yīng)對(duì)國(guó)際上日益嚴(yán)峻的能源形勢(shì)，美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)都建立了大量的地下鹽巖油氣庫(kù)群，用于國(guó)家的戰(zhàn)略能源儲(chǔ)備。據(jù)統(tǒng)計(jì)[2]，美國(guó)90%、德國(guó)50%、法國(guó)的30%的油氣儲(chǔ)備在鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)群中。由于能源儲(chǔ)備的大量需求，我國(guó)已經(jīng)在江蘇金壇、湖北云應(yīng)和河南在平頂山等地展開了鹽巖地下儲(chǔ)氣庫(kù)的興建工作，世界上主要的儲(chǔ)氣庫(kù)分布如表2所示。

3 儲(chǔ)氣庫(kù)設(shè)計(jì)發(fā)展歷程

隨著研究和應(yīng)用的深入，儲(chǔ)氣庫(kù)的的設(shè)計(jì)主要經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展過(guò)程。

（1）簡(jiǎn)單應(yīng)用階段：20世紀(jì)的60年代，加拿大的科學(xué)技術(shù)人員借鑒礦山設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和理論對(duì)廢棄鹽礦進(jìn)行改造，設(shè)計(jì)出世界上第一座地下能源儲(chǔ)庫(kù)。在當(dāng)時(shí)沒有形成專門的設(shè)計(jì)理論，儲(chǔ)備規(guī)模很小，一般只有幾萬(wàn)個(gè)立方左右。

（2）模型研究與應(yīng)用階段：20世紀(jì)60年代中期到70年代末期，以Dreyer教授為代表的學(xué)者通過(guò)相似性試驗(yàn)對(duì)不同運(yùn)營(yíng)條件下的鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)進(jìn)行相似實(shí)驗(yàn)得到試驗(yàn)參數(shù)。此時(shí)設(shè)計(jì)的，儲(chǔ)氣庫(kù)基本上沒有經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的計(jì)算，設(shè)計(jì)都偏于保守和安全，經(jīng)濟(jì)性不高，溶腔的儲(chǔ)存能力沒有得到充分利用。

（3）數(shù)值模擬計(jì)算階段：20世紀(jì)70年代末到90年代中期，該階段以電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值計(jì)算方法引入到了巖土工程領(lǐng)域?yàn)闃?biāo)志。數(shù)值計(jì)算方法的提出有利于學(xué)者建立更為復(fù)雜的、符合工程實(shí)際的幾何模型，對(duì)實(shí)際的工程問題具有較高的精度。在該階段以LUX教授為代表的學(xué)者出版了世界上第一本儲(chǔ)氣庫(kù)設(shè)計(jì)方面的力學(xué)專著，并提出了相關(guān)的設(shè)計(jì)理論和準(zhǔn)則。用該方法設(shè)計(jì)的儲(chǔ)氣庫(kù)在實(shí)際工程中取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性較上一個(gè)階段大為提高。

（4）基于損傷力學(xué)模型的儲(chǔ)氣庫(kù)設(shè)計(jì)階段：在這一階段大致是從20世紀(jì)90年代中期至今。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，人們逐漸對(duì)鹽巖的損傷恢復(fù)性能有了較為清晰的認(rèn)知。損傷恢復(fù)性能對(duì)降低鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)的最低內(nèi)壓有重大意義。在這個(gè)理論的基礎(chǔ)上人們對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)進(jìn)行了重新的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得儲(chǔ)氣庫(kù)的運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性有所提高，增加了儲(chǔ)氣庫(kù)的安全性?，F(xiàn)在對(duì)損傷恢復(fù)理論的研究已經(jīng)成為儲(chǔ)氣庫(kù)研究的熱門領(lǐng)域，隨著這一領(lǐng)域在蠕變本構(gòu)方面的發(fā)展和完善，儲(chǔ)氣庫(kù)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)型和合理性將會(huì)有進(jìn)一步的提高。

4 世界主要儲(chǔ)氣庫(kù)事故統(tǒng)計(jì)

利用地下鹽巖儲(chǔ)氣庫(kù)進(jìn)行戰(zhàn)略能源儲(chǔ)備對(duì)我國(guó)的能源安全、長(zhǎng)距離能源的平穩(wěn)運(yùn)輸和天然氣的應(yīng)急調(diào)峰中發(fā)揮著重要的作用。但是在世界范圍內(nèi)，儲(chǔ)氣庫(kù)的災(zāi)難性事故也時(shí)有發(fā)生。

5 結(jié)論

我國(guó)能源儲(chǔ)備起步晚，基礎(chǔ)差，在儲(chǔ)氣庫(kù)的建設(shè)和研究方面與西方等發(fā)達(dá)國(guó)家還存在著較大差距。我國(guó)應(yīng)該繼承發(fā)達(dá)國(guó)家在能源儲(chǔ)備和儲(chǔ)氣庫(kù)設(shè)計(jì)方面的有利經(jīng)驗(yàn)，建立符合自身特點(diǎn)的能源儲(chǔ)備長(zhǎng)期規(guī)劃。結(jié)合我國(guó)的鹽巖高雜質(zhì)和鹽層薄的特點(diǎn)，發(fā)展符合我國(guó)鹽巖特征的蠕變本構(gòu)關(guān)系。綜合應(yīng)用理論方法、數(shù)值方法和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)技術(shù)加強(qiáng)對(duì)儲(chǔ)氣庫(kù)收斂和沉降方面的研究和監(jiān)測(cè)工作，避免災(zāi)難性事故的發(fā)生，確保人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

參考文獻(xiàn)

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