在盐矿中储存有毒和放射性废物的地质力学安全分析的新思想与新方法

1 INTRODUCTION The objective of the permanent disposal of radioactive waste is to isolate the radioactive and other toxic particles from the biosphere in such a way that even the release of radionuclides，as a result of not completely excludable migration processes at least in case of scenario analysis，will not lead to the breaking of any dose thresholds at any time in the future. Therefore，the behaviour of the disturbed rock zone (DRZ) in conjunction with geotechnical barriers such as drift or shaft seals ...     

盐岩中能源（石油和天然气）地下储存力学问题研究现状及其发展

盐岩作为石油和天然气等战略与商业地下储存介质在欧洲、美国和加拿大等国家获得了广泛的应用。首先将盐岩中能源储存的相关力学问题的研究，划分成4个发展阶段：（1）20世纪60年初——简单应用阶段。此阶段利用采矿工程方面的力学知识和经验，对能源地下储存的力学方面进行了简单研究和应用；（2）20世纪60年代中期到70年初——模型研究与应用阶段。此阶段利用大型盐岩试样在实验室进行模拟石油或天然气储存，研究盐岩在储存方面的力学特性；（3）20世纪70年代末到90年代中期——数值模拟计算阶段。此阶段利用有限元技术，结合盐岩的试验结果，模拟能源储存过程，进行储存力学方面模拟计算与分析研究；（4）20世纪90年代中期直到现在——损伤模型设计阶段。结合盐岩的损伤与损伤恢复特性及其试验研究，提出了盐岩的几个损伤与损伤恢复本构模型。利用这些模型，使储存库的力学特性得到了更充分的发挥：同时对每个阶段的研究情况进行了分析，重点指出了每一个阶段的主要代表人物及其主要研究成果；其次，对盐岩的本构方程进行了系统总结与评价，指出了各类本构方程的建立依据与工程应用特点，重点介绍了Norton材料模型和Hou／Lux盐岩损伤与损伤恢复本构模型，并指出了这两种计算模型的优缺点；最后提出了今后盐岩研究的主要发展趋势。     

盐岩中能源(石油和天然气)地下储存库稳定性评价标准研究

由于盐岩属于一类特殊的岩体，储存库的稳定性分析的评价标准与其他岩体有差别，在各国并没有统一的标准和设计规范，多数是用数值计算的方法来评价储存库的稳定性。主要做法是根据具体的储存库及其岩体力学特性，预先设置储存库稳定性的一些标准，然后对盐岩及其相关的岩石进行大量的试验研究，得到所需要的计算参数，最后通过数值计算来确定储存库的稳定性。系统地提出了盐岩中能源储存库的稳定性研究的内容和评判标准，这些标准归纳起来有3个方面，即：(1)储存库稳定性标准如不允许出现片邦，不允许出现蠕变破坏、安全矿柱和地面沉降控制准则；(2)储存库密封性标准如最大内压控制准则；(3)储存库可使用性标准如储存库体积收敛性。同时给出一个算例，以说明如何评价储存库的稳定性，并说明对储存库稳定性评判标准可以根据具体的情况做必要的修改。     

河南省碳达峰与碳中和战略、技术路线和行动方案

河南省是中国重要的人口、农业、工业及能源消费大省,碳中和战略的实施对推动区域经济绿色低碳高质量发展、促进中国2060年碳中和愿景的实现具有重要意义.但长久以来煤炭主导的较单一能源结构导致河南省面临碳排放基数大、生态治理形势严峻、能源对外依存度持续增长、可再生能源开发程度低等关键问题.为此,详细梳理了河南省当前的能源供需...     

“碳中和与绿色能源”专刊前言

2020年9月22日,国家主席习近平在第七十五届联合国大会上郑重提出中国碳减排两阶段目标：力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。这彰显了中国积极应对气候变化、参与全球治理、推动构建人类命运共同体的坚定决心。在后疫情时代全球经济复苏的关键时期,构建碳中和目标更是中国实现可持续发展、推动生态文明建设的战略指引和重要机遇。“碳达峰、碳中和”目标的提出意味着中国能源和经济产业结构将迎来深刻变革,也给中长期能源产业的技术发展提出了新要求,指明了方向。与此同时,中国能源转型的加速推进也将促使传统的石油、天然气、煤炭等能源供应系统走上减碳增氢的绿色发展道路。随着世界主要发达及发展中国家相继提出碳中和目标的承诺,针对气候变迁、低碳循环经济、绿色能源、CCUS等国际社会重点关注议题的前沿研究和政策措施显得愈加紧迫和重要。尤其是欧美等主要发达国家从碳达峰到实现碳中和需要50～80年;而中国计划只用30年实现这个目标,因此面临着巨大挑战。这促使 中国需尽快制定“碳达峰、碳中和”战略规划、技术路线和行动方案,同时,加强联合各国学者开展更多的跨学科联合攻关与学术交流。在碳中和与能源转型的进程中,还必须探索适合中国国情的绿色低碳之路,并把技术创新放在首要位置,抓紧部署具有推广前景的低碳、零碳、负碳排放技术研究,提升能源电气化和智能化水平。针对碳中和与能源转型过程中的众多科学技术问题,必须进行认真的思考并开展针对性的研究工作。面向中国能源产业深化改革,建立健全绿色低碳循环发展经济体系的重大战略需求,《工程科学与技术》推出了“碳中和与绿色能源”专刊,重点关注碳中和目标导向下的区域性（地区）战略框架和行动方案、重点行业碳减排路径及发展前景、可再生能源多元转换与储存、CCUS技术等,以促进全球碳减排研究,尤其是为中国“碳中和”政策制定、利益相关者提供借鉴和科学指导。在此,向为本专刊奉献佳作的论文作者表示感谢！同时,也向广大参与碳中和与绿色能源工作的生产及科研人员的辛勤付出致敬！     

一种面向未来能源系统的综合能源架构—— 基于能源多板块智能耦合的绿色能源系统ENSYSCO

为避免大量温室气体排放导致的剧烈气候变化给全球发展带来难以估量的破坏性影响,当今世界的大部分国家正迅速提升其能源生产中可再生资源的比重,以加速能源转型并实现在21世纪中叶达成碳中和的承诺.然而,旧有的能源系统在形成之初并未考虑对可再生资源的大规模融合,因此在面对此类资源具有的间歇、波动与随机等特性时,其往往较为脆弱.基于对既往智能电网技术和德国提出的能源利用多板块耦合技术进展的总结,同时考虑到大规模地下储能的潜力和基于人工智能的监控、分析和预测的广泛应用,作者提出了一种基于智能多板块耦合的清洁能源系统(clean energy systems based on smart sector coupling,ENSYSCO)的面向未来的综合能源架构.首先,ENSYSCO架构通过对电力多元转换/逆转技术(power-to-X-to-power)的应用将能源的生产、消费和存储3大板块紧密耦合在一起.大规模地下储能的引入在大幅提升系统冗余度及灵活性的同时,也令所在国家或地区获得了更加充沛且稳定的能源储备.其次,未来能源系统中出现的各种功能复合体会导致更复杂的供需关系,同时也迫切需要与之适配的多元运输网络.物理与数据混合驱动的轻量化人工智能方法既赋予管理系统强大分析、决策和反馈能力,也令整个系统的运转更高效、坚固且节能.最后,ENSYSCO架构中以地下抽水蓄能为代表的大多数技术都已足够成熟,并且可以立即投入工业化应用.对可再生增强型地热系统和人工智能管理系统的进一步研究,将有助于ENSYSCO架构推动中国更快、更好地实现碳中和目标.     

"碳中和与绿色能源"专刊前言

2020年9月22日,国家主席习近平在第七十五届联合国大会上郑重提出中国碳减排两阶段目标:力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和.这彰显了中国积极应对气候变化、参与全球治理、推动构建人类命运共同体的坚定决心.在后疫情时代全球经济复苏的关键时期,构建碳中和目标更是中国实现可持续发展、推动生态文明建设的战略指引和重要机遇.     

基于短期室内试验推导长期稳态蠕变率的盐岩本构模型

由于试验时间的限制,短期室内试验测得的稳态蠕变速率往往为现场实测的5～50倍,故如何通过持续时间较短的蠕变试验结果推求出盐岩长期稳态蠕变率是盐岩蠕变特性研究中的一大难点。基于盐岩蠕变特性的现有理论研究,提出利用新的本构模型解决上述难题。结合典型盐岩蠕变本构模型Lubby2和IfG-GS的优点,提出能够描述盐岩从一期自动进入二期蠕变全过程,且能够进一步发展为考虑蠕变损伤和失稳的Lubby2_Ⅰ-Ⅱ模型。基于江苏金坛盐岩的试验数据,求得3个蠕变本构模型的参数,并用以计算盐样的稳态蠕变率和金坛储气库的变形量。结果表明:Lubby2_Ⅰ-Ⅱ模型不仅能够较好地描述盐样的实测蠕变曲线,且与金坛储气库二期稳态蠕变率的反演现场值接近。这一结果很好地验证了Lubby2_Ⅰ-Ⅱ模型基于短期室内试验推导现场条件下的盐岩长期稳态蠕变率的可靠性。     

煤矿井下抽水蓄能发电新技术:原理、现状及展望

煤炭开采引发矿山灾害、地表沉陷、水土流失及生态环境损害等问题,但同时在地下形成了巨大的可供利用空间。全面阐述了煤矿井下抽水蓄能发电的概念与技术,对比分析了落差型、活塞抬举型、海洋浮力型和高压风储库蓄能4种非常规蓄能发电技术,指出利用废旧煤矿的开采空间（巷道及采空区）的煤矿井下抽水蓄能发电新技术具有得天独厚的优势,对我国废旧矿井重复利用、可再生能源开发和电力调蓄、矿区生态保护等提供了新思路。估算了我国废弃煤矿和现有煤矿的蓄水储能发电总量。进一步提出了煤矿地下水库、矿井水循环利用与抽水蓄能发电一体化技术构想,充分利用煤炭开采过程中形成的巨大的地下空间,实现储水、蓄能发电、矿井水循环利用和新能源开发等多重目标,并有助于控制地表沉陷、维护生态平衡,对我国可再生能源产业发展以及水资源严重短缺的西部地区煤炭开发提供重要的技术保障,并对未来现代化、生态化矿井开拓布局、节能减排、绿色开发产生深远影响。     

不同腔形下盐岩储库区地表最大变形预计新方法

众多已有盐穴地下储库群地面沉降监测数据和灾变实例表明盐穴储库群地面变形预测与控制是保证储库长期安全稳性运营的关键问题之一。中国盐岩地层盐层薄、成层分布的特点加剧了库区地表发生沉陷的灾变程度,直接影响到中国盐穴地下能源储备的安全。采用 Gaussian 曲线表示沉降分布,结合腔体收敛函数,建立了一套有别于概率积分法的地表变形预测理论—传递函数法。在此基础上,结合中国盐岩地层特点,对比计算了相同体积下椭球形、梨形与圆柱形溶腔在发生腔体完全收敛时所导致的地表最大变形量,并利用迭加原理对不同腔群分布形式、不同腔体间距下库区地表最大沉降进行了比较。研究认为,当单腔发生完全收敛时椭圆形腔体造成的地面沉降量最小,圆柱形最大;而库群对比计算结果表明腔体中心间距的增加将导致最优腔形的变化,并非椭圆形腔体始终最优。研究成果为中国油气储库建设中库区地表变形预测、腔体形状和布局优化以及相关规范的制定等方面提供了理论依据。