地下儲氫技術的發展與阻礙

 

通過可再生能源發電并制取氫氣；將氫氣注入鹽穴、枯竭油氣藏、含水層和襯砌的硬巖洞等地下地質構造中；實現氫能的儲存；有需要時可將氫氣從地下儲氫場所采出用于燃氣、發電或其他用途。

 

 

地下儲氫具備經濟性優勢，僅需較低開發成本即可實現氫氣的大規模存儲，是實現氫能大容量長期儲存的有效途徑。

 

 

01鹽穴

 

鹽穴的存儲容量通常較小，但是可在一年時間內多輪注入、采出，進而發揮靈活的跨期調節作用。目前包括傳統儲氫鹽穴（見表1）、演示儲氫的鹽穴商業設施、現有或退役的天然氣儲存洞穴相鄰的儲氫的鹽洞穴，混合氫合物的天然氣儲存鹽穴（見表2）等。

 

表1傳統鹽穴項目

 

 

表2其他類型項目鹽穴

 

 

國內關于地下鹽穴儲氫的研究還處于起步階段。在我國的江蘇金壇，擁有大規模的鹽層與鹽穴資源，重慶大學與巖土所合作進行了相關研究，該研究結合以風能為代表的可再生能源發電，將過剩電量進行大規模存儲。通過對我國江蘇金壇地域的層狀鹽巖進行研究，從地質存儲性、穩定性、巖洞致密性等方面對其作為UHS潛在選址的可行性進行分析與評估，嘗試發展可再生能源發電與地下氫儲能耦合這一技術路徑。

 

以上例子證明了在鹽穴中儲存氫氣的可行性。然而，合適的鹽洞的可用性是有限的，鹽洞需要在許多領域進行進一步的研究，包括評估鹽穴的完整性。此外，受制于快速循環，電解產生的氫氣將需要更高的儲存靈活性，這使得鹽穴成為IEA目前所關注的主要方向。

 

02枯竭的天然氣藏

 

枯竭的天然氣儲層占世界天然氣總儲存容量的76%，氣田體積大于鹽穴，地理分布更廣。

 

項目：目前沒有商業設施可以在多孔巖石中儲存純氫。但是，存在氫氣占比超過百分之50的混合天然氣地下儲存項目，以下是相關的項目信息：

 

表3枯竭天然氣藏項目

 

 

此外，在愛爾蘭，Green Hydrogen Kinsale項目對枯竭氣田的儲氫潛力進行了專有評估。在意大利，Snam進行了一系列測試，確認了在其枯竭的氣田中儲存氫氣的可能性，并評估了100%濃度氫氣儲存影響的測試。

 

然而，氫氣的儲存比天然氣更難，這是因為其具有更高的壓縮系數、擴散系數、較低的粘度和反應性，所以在儲氫方面的運用仍然具有挑戰。由于氣田的多孔性，枯竭的天然氣田不能提供大規模的短期靈活性，每年只能運行數個周期。因此，它們可以在管理供求的季節性波動和加強供應安全方面發揮重要作用。

 

03含水層

 

含水層約占現有地下天然氣儲存能力的11%。含水層的地質類似于枯竭的天然氣田。它們都是多孔沉積巖結構，但含水層含有水而不是天然氣，并且必須覆蓋不可滲透的蓋層巖石將氣體保持在地下。含水層可以通過高壓下注入氣體轉化為儲氣，其中水和巖石覆蓋層都作為安全殼。

 

項目：沒有正在運行的商業含水層儲存氫氣，且含水層中的純氫儲存尚未經過測試。但是有一些相類似的項目也值得列出，在20世紀70年代，在Lobodice（捷克共和國），Engelbostel和Ketzin（德國）和Beynes（法國），使用了鹽水含水層來儲存城鎮天然氣。RINGS（向存儲設施中注入新氣體的研究）項目正在分析向法國teréga含水層中注入的天然氣流中添加氫氣和生物甲烷的影響。

 

與枯竭氣田不同，枯竭氣田因最初充滿氣體而已知是緊密的，含水層并非四面都緊密，需要進行廣泛的地質調查以確定是否存在氣體逸出的隱患。含水層作為天然氣儲存的方案通常需要更多的緩沖氣體，在注入和抽取氣體方面同樣不具備靈活調節的作用。

 

04襯砌的硬巖洞

 

襯砌的硬巖洞用于儲存天然氣液體（丙烷，丁烷）和原油，此外，堅硬的巖洞也可以用來儲存氫氣。以下是一些相關示范項目的信息：