第A05版:建筑产业现代化

地下空间助力多相态物质规模化存储

——钱七虎院士谈“双碳”目标下的地下储库新进展

□首席记者 徐敏

“我国地下空间资源充足,大部分经腔体改造后即可用于存储,但目前整体开发利用程度较低,具备广阔的发展前景。”在日前举行的第十一届国际地下空间开发大会上,中国工程院院士、陆军工程大学教授钱七虎在主旨演讲中介绍了当前地下空间储能、储氢、储气、储粮、封存二氧化碳及助力碳汇的具体情况,并对“双碳”目标下的地下储库开发利用给出了前瞻性、技术性的新思路。

国家统计局数据显示,当前全国三线及以上城市面积约149.02万平方公里,预支对应的城市地下空间尚未得到充分开放利用。非城市地区地下空间资源更为丰富,包括天然形成的洞穴、孔隙空间以及人为开采形成的矿洞盐穴等。目前,已测得全国煤矿采空区地下空间约138.4亿立方米,盐穴地下空间约1.3亿立方米,其他金属和非金属矿洞可利用空间约15亿立方米。

十分充足和丰富的地下空间资源也具有地表空间无法替代的优势,其中就包括助力实现“双碳”目标的三个特性:封闭性、稳定性、防护性。

钱七虎解释说,地下空间被岩石或软土包围,太阳光线、自然风等难以接触,具备天然的封闭性。与地表相比,地下空间受到外界干扰小,且在地下从事生产或其他活动对地表影响弱。对于良好的腔体围岩进行有针对性改造开发,即可作为地下储库直接存储各相态物质。

同时,岩土体良好的隔热性几乎隔绝了地下空间和大气之间的热量交换,其内部温度波动较小,具备一定的热稳定性。盐穴等深埋于地下的腔体还具有力学性能稳定、承压能力强等特点,在外部压力交替变化的情况下也不易出现结构损坏等问题。

此外,地下空间的防护性体现在防腐蚀、抗地震、防辐射、抗电磁干扰等方面。比如,不同于地表,地下空间因其免受太阳光线、自然风以及其他自然灾害的直接影响,受到腐蚀的程度大幅降低;地下空间结构赋存于岩土介质中,周围土体提供的约束使其具有较好的抗震性能;地下空间特有的土壤屏蔽功能,也大大削弱了电磁干扰及辐射等影响。

综合上述三大特性,钱七虎认为,地下空间可以助力多相态物质的规模化存储。他举例,利用地下空间的固有封闭特性,可实现二氧化碳的永久地下封存。具体方法是通过将二氧化碳储存于地下超800米的位置,使其处于超临界流体状态,利用低渗透性岩石盖层的良好封闭性,将二氧化碳封存于盖层下方,使其逐渐溶解于咸水层中或者周围环境的岩石/矿物产生作用形成的新矿物,从而实现长时间尺度的固碳。此外,地下空间的隔热特性有助于氢气、天然气等其他燃料的存储,为制氢储能体统提供优质密闭的储气室,促进其规模化开发利用;盐穴等地下空间稳定的力学性能可适应运行过程中气体存储压力的交替变化,满足大型储能电站的大容量储气需求。

钱七虎还特别介绍了地下储粮的可行性。因为到达地下一定深度即5米以下时,四季的地层温度就保持在一稳定值。他认为,新型地下浅埋生态储粮,可以实现粮食存储由药物熏蒸到天然、由常温到准低温、由机械制冷到自然低温的转变。据统计,2023年末,全国有完好粮食仓容超7亿吨,简易粮仓约2.4亿吨,其中地上粮食平仓约5.5亿吨。“若将其中3亿吨地上粮食平房仓用地下浅圆仓替代利于环境保护,每年可减少1500吨化学药剂磷化铝使用、减少500吨磷化氢有害气体排放;可直接释放土地面积约60万亩;仅保粮与制冷两项每年可节约用电15亿度,相当于减少150万吨二氧化碳排放量;还可延长储粮周期,降低粮食损耗。”钱七虎说。

最后,钱七虎强调,关于地下储库,应该理解为所有地下空间利用都是为碳汇做了贡献,所谓碳汇就是把地面建筑搬到地下去,地面腾出来“铺绿”。“建设‘公园城市’就是实现‘双碳’的重要途径,注重蓝绿空间,建设地上地下一体化、互相衔接、互相协调的立体化城市,用以建设绿色生态,才能实现生态碳汇。”

2024-10-31 徐敏 ——钱七虎院士谈“双碳”目标下的地下储库新进展 2 2 建筑时报 content_27426.html 1 3 地下空间助力多相态物质规模化存储 /enpproperty-->