论文标题：Large-Scale Carbon Dioxide Storage in Salt Caverns: Evaluation of Operation, Safety, and Potential in China

期刊：Engineering

DOI：https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.06.013

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来自重庆大学、中国能源数字科技集团有限公司、中国科学院岩土力学研究所、加拿大卡尔加里大学、宁波东方理工大学等单位的科研人员在《Engineering》发表了题为“Large-Scale Carbon Dioxide Storage in Salt Caverns: Evaluation of Operation, Safety, and Potential in China”（中国盐穴大规模储存二氧化碳——运行、安全与潜力评估）的综述文章。重庆大学刘伟、张雄为共同第一作者，中国能源数字科技集团有限公司万继方、加拿大卡尔加里大学姜亮亮为通讯作者。文章深入探讨了盐穴储存二氧化碳的运行、安全与潜力，为实现碳达峰和碳中和目标提供了新的技术路径。

文章指出，地下盐穴二氧化碳储存（SCCS）不仅能够大量储存二氧化碳，还能促进二氧化碳资源的利用，对碳市场监管具有重要意义。与传统碳捕集、利用与封存（CCUS）项目相比，SCCS在经济和运行上具有显著优势，是一种更具成本效益和灵活性的选择。研究表明，中国盐穴在气密性、碳注入、采卤控制、长期储碳稳定性和选址标准等方面与传统盐穴储能存在差异，这些差异主要源于二氧化碳独特的相变特性和SCCS的应用场景。

图1 基于SCCS的碳利用路线图。

研究团队建立了考虑二氧化碳相变特性的注碳和采卤压力方程，分析了注碳过程中的压力演化。通过比较二氧化碳和其他气体的黏度，展示了SCCS优异的密封性。在此基础上，提出了SCCS长期稳定性评估模型和相关指标，分析了注碳速度和最低运行压力等对长期稳定性的影，并提出了确保稳定性的现场对策。此外，研究还建立了SCCS的选址标准，初步确定了中国适合SCCS的盐矿选址。

文章强调，SCCS面临的主要科学和工程挑战包括运行场景的确定、注碳排卤的控制理论、SCCS过程的稳定性和运行、不同SCCS储存规模的经济可行性以及碳市场管理的国家和国际法规的建立。为全面解决这些问题，研究围绕中国碳达峰和碳中和目标开展基础性研究，提出了SCCS的基本概念与用途，并探讨了其在碳储存和利用中的各种情景。

图2 不同场景下的SCCS运行条件。（a）二氧化碳注入和卤水采出，P（内部运行压力）持续增加；（b）场景1：长期碳储存，P缓慢增加；（c）场景2：碳储存量大，使用量小，P不频繁波动；（d）场景3：碳储存随着二氧化碳的频繁注入和采出，P频繁波动。t：时间。

研究指出，SCCS的气密性是其可行性的关键。通过对比二氧化碳与其他气体的性质，发现二氧化碳在多孔介质中的渗透率较弱，这为SCCS的密封性提供了理论支持。此外，研究还详细分析了注碳排卤的结果，通过数值模拟详细分析了注入速率和最小操作压力对SCCS稳定性的影响，并深入研究了单个碳储存盐穴的储存能力，预测了碳储存规模，并评估了SCCS在中国的潜在全国性影响。

文章还提到，SCCS具有短期临时封存帮助减排、中期大规模封存、长期规范碳市场的多重价值，显著促进碳作为废弃物向工业资源的重要转化，同时成为碳减排和碳中和的重要辅助手段。研究结果表明，SCCS不仅可以满足短期碳减排目标，还能在长期内为碳市场提供重要的调节功能。

图3 SCCS的主要关键科学问题：（a）注碳排卤控制理论；（b）二氧化碳渗漏和围岩的气密性；（c）SCCS运行引起的断层活化或地质灾害；（d）在长期SCCS运行期间，盐穴收缩和不稳定性；（e）适合SCCS的盐穴深度和地质条件；（f）中国SCCS的选址和储存规模评估。

此外，研究还提出了SCCS的选址要求，建议选择适当可存储的深度范围在800~2000米之间，以确保二氧化碳的密度和经济性。同时，建议老盐穴的净空间不应小于200000立方米，以衡量其经济性。研究还指出，SCCS工作压力高，压力波动较小，适合长期储存，且在建有储气库或压缩空气库的传统场所，理论上可以满足SCCS的要求。

在中国，江苏省、河南省、山东省和湖北省都有适合SCCS的盐矿，值得进一步研究。江苏省是中国的碳排放大省，因此，SCCS可以在实现碳排放峰值和碳中和的目标中发挥重要作用。研究还初步估计，如果利用20%~30%的闲置盐穴空间，SCCS可以提供超过5180万~7770万吨的碳储存，这对于临时和长期碳储存都是有利的。通过持续的碳注采循环，SCCS可以成为未来服务于碳市场的重要调节器。

论文信息：

Wei Liu, Xiong Zhang, Jifang Wan, Chunhe Yang, Liangliang Jiang, Zhangxin Chen, Maria Jose Jurado, Xilin Shi, Deyi Jiang, Wendong Ji, Qihang Li. Large-Scale Energy Storage for Carbon Neutrality—Review Large-Scale Carbon Dioxide Storage in Salt Caverns: Evaluation of Operation, Safety, and Potential in China. Engineering, 2024, 40(9): 226–246

开放获取：

https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.06.013

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