我國鹽巖儲氣庫發(fā)展必要性淺析

惠小蓉　劉家妮　石玭　胡媛　楊雅茹

摘 要：本文從我國能源的現(xiàn)狀出發(fā)，結(jié)合國內(nèi)外能源儲備的現(xiàn)狀，闡述了我國發(fā)展能源儲氣庫的必要性和緊迫性。通過國內(nèi)外對鹽巖儲氣庫研究和應(yīng)用現(xiàn)狀的分析，對我國發(fā)展巖鹽儲氣庫的建設(shè)提出了意見和建議，對工程實際具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：鹽巖儲氣 能源

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

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

（1）能源結(jié)構(gòu)不合理：2012年中國首次超越美國成為世界上最大的能源消耗國。在我國的能源結(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、對外依存度高：根據(jù)中國工程院的有關(guān)報告，預(yù)計2050年，我國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)計到2020年我國對國外石油資源的依存度將會從2010年的40%和2012年的50%增加到2020年的60%以上，對外依存度非常高。

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

2 世界上主要儲氣庫的分布（表1）

為了應(yīng)對國際上日益嚴(yán)峻的能源形勢，美國、德國、法國都建立了大量的地下鹽巖油氣庫群，用于國家的戰(zhàn)略能源儲備。據(jù)統(tǒng)計[2]，美國90%、德國50%、法國的30%的油氣儲備在鹽巖儲氣庫群中。由于能源儲備的大量需求，我國已經(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氣庫的興建工作，世界上主要的儲氣庫分布如表2所示。

3 儲氣庫設(shè)計發(fā)展歷程

隨著研究和應(yīng)用的深入，儲氣庫的的設(shè)計主要經(jīng)歷了四個發(fā)展過程。

（1）簡單應(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)計經(jīng)驗和理論對廢棄鹽礦進(jìn)行改造，設(shè)計出世界上第一座地下能源儲庫。在當(dāng)時沒有形成專門的設(shè)計理論，儲備規(guī)模很小，一般只有幾萬個立方左右。

（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)者通過相似性試驗對不同運營條件下的鹽巖儲氣庫進(jìn)行相似實驗得到試驗參數(shù)。此時設(shè)計的，儲氣庫基本上沒有經(jīng)過嚴(yán)格的計算，設(shè)計都偏于保守和安全，經(jīng)濟(jì)性不高，溶腔的儲存能力沒有得到充分利用。

（3）數(shù)值模擬計算階段：20世紀(jì)70年代末到90年代中期，該階段以電子計算機(jī)技術(shù)和數(shù)值計算方法引入到了巖土工程領(lǐng)域為標(biāo)志。數(shù)值計算方法的提出有利于學(xué)者建立更為復(fù)雜的、符合工程實際的幾何模型，對實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氣庫設(shè)計方面的力學(xué)專著，并提出了相關(guān)的設(shè)計理論和準(zhǔn)則。用該方法設(shè)計的儲氣庫在實際工程中取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，運營的經(jīng)濟(jì)性較上一個階段大為提高。

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

4 世界主要儲氣庫事故統(tǒng)計

利用地下鹽巖儲氣庫進(jìn)行戰(zhàn)略能源儲備對我國的能源安全、長距離能源的平穩(wěn)運輸和天然氣的應(yīng)急調(diào)峰中發(fā)揮著重要的作用。但是在世界范圍內(nèi)，儲氣庫的災(zāi)難性事故也時有發(fā)生。

5 結(jié)論

我國能源儲備起步晚，基礎(chǔ)差，在儲氣庫的建設(shè)和研究方面與西方等發(fā)達(dá)國家還存在著較大差距。我國應(yīng)該繼承發(fā)達(dá)國家在能源儲備和儲氣庫設(shè)計方面的有利經(jīng)驗，建立符合自身特點的能源儲備長期規(guī)劃。結(jié)合我國的鹽巖高雜質(zhì)和鹽層薄的特點，發(fā)展符合我國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)場實測技術(shù)加強(qiáng)對儲氣庫收斂和沉降方面的研究和監(jiān)測工作，避免災(zāi)難性事故的發(fā)生，確保人民生命財產(chǎn)安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 姚偉龍，邢濤.中國能源現(xiàn)狀與發(fā)展對策研究[J].能源研究與信息，2006（4）.

[2] 宋桂華，李國韜，溫慶河，等.世界鹽穴應(yīng)用歷史回顧與展望[J].天然氣工業(yè)，2004（9）：116-118.

[3] 楊春和，李銀平，陳鋒.層狀鹽巖力學(xué)理論與工程[M].北京：科學(xué)出版社.

[4] 井文君，楊春和，陳鋒，等.基于事故統(tǒng)計分析的鹽巖地下油/氣儲庫風(fēng)險評價[J].巖土力學(xué)，2011，32（6）：1787-1793.