科普 | 什么是地下储氢库？

无论是高压气态储氢技术、低温液态储氢技术、固态储氢技术及有机物液体储氢技术，要发挥技术实力，都离不开储氢装备，各类金属或其他材质制成的储氢容器成为氢的“安身之地”，其中固定式储氢罐、移动式储氢瓶等成为储氢领域商业化程度最高的环节。

近些年，人类为氢气又找到了一个巨大且高效的储存容器：地下储氢库。我国已经将地下储氢库的研究、寻觅和建设列上日程。

什么是地下储氢库

地下储氢库是一种利用地下地质构造进行大规模氢能存储的设施。地下储氢库的工作原理是通过将氢气注入这些地下构造中，然后在需要时将氢气抽出利用。

氢究其本质，作为一种气体状能源，那么就可以和天然气一样储存，我国的储气库建设技术已经很成熟，空气压缩储能技术也已经日趋成熟，我们也可以像为天然气存储和压缩空气存储一样，为氢气在地下找到合适的密闭空间进行大批量存储。

为什么要在地下建设储氢库

从地质角度来看，地下构造适合储存氢气，在剩余能源生产时，可以将剩余能源转化为氢气并作为能源载体将其储存在地下构造中，然后在能源需求高峰时采出投入应用。

与其他储氢路径对比，地下储氢库的最大优势是可以实现大规模储氢。传统瓶罐式储氢与地下储氢相比，在储能容量上，不在一个尺度。地下储氢库的庞大储量能够满足氢能中长期存储的要求。不过这一储氢路径发展地晚，目前也只有欧美几个国家进行过一些项目实践，而我国也仅仅是在今年才刚刚开始。

未来，可再生能源(风能、太阳能等)有望成为主要的发电能源，这一发展趋势得到越来越多的国家的认可。伴随着可再生能源发电规模的不断扩大，发展兆瓦级、百兆瓦级甚至吉瓦级的储能系统将显得愈发重要。氢储能作为一种新型储能技术，有望成为可再生能源调节和消纳的重要手段之一。因此，地下储氢正在越来越受到世界的关注。

什么样的地下结构合适成为储氢库？

选择合适的地下结构作为储氢库时，需要考虑地质条件、密封性能、建设成本以及技术挑战等多个因素。储存氢气的地质层通常包括盐穴、地下岩洞、含水层、废弃矿井和枯竭的油气藏等地质构造。

地下能储氢的构造有哪些‌

盐穴‌是盐矿开采后的废弃矿洞，通常位于地下近千米，容积可达数十万立方米，且穴壁夯实，耐得住高压，可用于储存高压空气、天然气、石油和氢气等能源。众所周知，盐具有一定的防腐功能，微生物反应较少，钢材腐蚀和产氢率降低等问题相对不严重。

地下岩洞是利用地下岩石结构的空隙和裂缝来储存氢气，通常通过高压注入氢气来实现储氢。这种方法的优势在于可以利用天然的地下空间，但需要解决密封性等问题‌。

含水层就是储存有地下水的透水层，常常用来储存天然气。含水层的地质类似于枯竭的天然气田。它们都是多孔沉积岩结构，但含水层含有水而不是天然气，并且必须覆盖不可渗透的盖层岩石将气体保持在地下。含水层可以通过高压下注入气体转化为储气，其中水和岩石覆盖层都作为安全壳。尤其是含水层作为离城市更接近的区域，这是其一大优势。

废弃矿井和枯竭油气库‌这类储存设施的主要优势是建设成本低，但如何解决好密封性等问题是改造这些设施需要面对的挑战。

盐穴储氢有哪些技术优势

盐穴储氢是利用盐矿地下空间，通过注入氢气使其形成高压气体，从而实现氢气的储存。盐穴储氢具有几大优势：

·岩盐具有致密的基质和极低的渗透率，更让人惊奇的是，即便腔体产生裂缝，天然矿盐遇水融化再凝固后，裂缝很快就会自愈，这使得盐穴具备良好密闭性和自愈性。

·地下盐矿是非含水层，密封性好，不会污染地下水，而且盐穴采用水溶造腔技术，相比其他储气库造腔成本低；

·盐穴的工程条件很经济，例如盐穴的空间通常为 10万~50万m，深度范围为 600~2000m，非常经济，适合储存加压氢气；与枯竭的油气藏型储层和含水层相比，利用盐穴来储存氢气费用最低，例如，盐穴仅需要总气体量的1/3作为缓冲气，但枯竭的油气藏型储层和含水层需要总气量的50%~80%作为缓冲气。而且，地下盐穴储氢的能量密度可以达到约 300kWh/m，几乎等于锂离子电池的能量密度。

更重要的是，盐穴储氢库在一年内可完成多个注入和采出周期，因此可以在调峰和小时时间长度的储能需求中发挥关键作用。

我国常州金坛拥有面积达60.5平方公里的盐穴，第一座压缩空气储能电站已经在2022年投入运营，今年上半年，国家管网集团在金坛建设的我国首座盐穴储气库储气库也顺利投产，日采气能力达2700万立方米。除此之外，目前金坛当地也正在开展盐穴储氢、储氦等研究。虽然金坛的盐穴拥有很大储氢潜力，但是国内盐穴储氢项目首先落地的有望在河南。

今年7月19日，中国平煤神马能源化工集团盐穴储氢中试现场踏勘暨氢产业规划座谈会在联合盐化公司举行。

神马能源化工集团集团总经理李延河表示：盐穴被视为地质储氢的首选，盐穴储氢将会有巨大潜力。需要重点研究盐穴储氢中试技术体系和集团氢产业发展技术路线，制定严格的氢资源综合利用发展规划，构建独特的“地面生产＋岩穴储存＋掺输一体＋综合利用”氢产业体系并开展试点示范，努力建成“国内盐穴储氢第一库”，以保障国家能源供应安全和推动氢产业高质量发展。

联合盐化公司位于河南省叶县，这里是盐穴资源非常丰富的地区，所以在这里建成盐穴储氢第一库有着优良的地质基础。

除此之外，在陕西榆林也有望建设一座盐穴储氢库。今年8月8日，陕西华盐绿能获电解水制氢项目备案，这一制氢项目的特殊之处就在于其是使用盐穴作为储氢库。项目信息显示，投资2.7亿建年产160万方氢气装置，实现氢气的稳定供应。

项目信息显示，盐穴储氢库是利用王家砭的两口盐井，在地下2500米深处建造一个五万立方米的盐穴，将制取的氢气采用高压气态方式存储到盐穴中，为后续的应用提供可靠、稳定的氢气供应。

首座岩洞储氢库将在湖北大冶建成

今年1月，国内首个岩洞储氢科研项目在湖北大冶开工。它是湖北大冶绿电绿氢制储加用一体化氢能矿场综合建设项目的一部分，这一项目涵盖光伏发电、绿电制氢、岩穴及地下分布式储氢、管道输氢、氢能应用、氢能产业园、数字化管理平台等7大板块。

今年1月，湖北大冶深地储氢科研中试基地项目签约及开工仪式在湖北大冶金湖举行，深地储氢科研中试基地项目是由中冶武勘工程技术有限公司投资建设，通过利用大冶市既有废弃矿洞，选择地质稳定、岩体构造裂隙可控的矿洞进行人工改造，用于规模化储氢，岩穴储氢洞库几何容积不小于5000立方米，储氢压力5MPa。

这是国内首个岩洞储氢和地下分布式储氢的科研中试基地。岩洞储氢科研项目研究领域包括岩洞储氢基础理论、关键临氢材料、核心建造工艺、智慧管控平台等内容，同步开展光伏、制氢、输氢、储氢至加氢的氢能全产业链条的工程化应用创新。

国外地下储氢库有哪些

海外地下储氢库基本以盐穴为主。英国的Teesside是欧洲唯一的一个盐穴储氢库，由三个盐穴组成，总容量为2万多立方米。该储氢库已经运行了50年，氢气用于合成氨和甲醇的生产。在美国得克萨斯州，氢气被储存在三个独立的盐穴中，用于石化工业。

来源：非凡科普

近年来，美国和加拿大等国都加大了地下储氢库的探索和应用。加拿大的费谢尔盐穹（Fischell Salt Dome）地质结构位于加拿大纽芬兰西海岸，其将在绿色能源转型中发挥关键作用。负责开发的三点资源公司表示，若将盐溶解，挖空穹顶并填充氢气，该盐穴有望有望储存逾3500万立方米的氢，相当于18万吨，将成为北美东部最大的绿色能源储存设施之一。

就在今年8月，三菱重工和雪佛龙宣布将在美国使用可再生能源生产氢气，计划于2025年中期开始使用这种燃料进行商业发电。这一项目的储气库就采取了盐穴储气方式，位于犹他州。其利用路径是根据需要提取氢气，在发电厂与天然气一起燃烧。

据称该盐穴可以储存足够的氢气，产生300GWh的电力，足以满足28000个美国家庭的年能源需求。预计它将成为世界上最大的绿色储氢基地。

近年海外国家也在探索岩洞作为储氢库的项目。2022年6月，SSAB、LKAC和Vattenfall在瑞典为HYBRIT示范设施（100 m3）揭幕，将氢气储存在衬砌的硬岩洞穴中。这是同类产品中的第一个，预计将2024年运行，总资金为3.31亿瑞典克朗(3300万美元)。之后，可以建造约100 000立方米(60 gwh H2)的综合设施。

技术瓶颈还有哪些？

地下储氢库储氢规模巨大，从而能够拉低综合成本。因为是利用地下构造的封闭性而建造，可以有效防止氢气泄漏，从而提高储氢安全性。

更重要的是，地下储氢库不是单独为这一作用而开辟的空间，而是利用天然地址构造或者以往的人类遗迹空间来作为储库，不仅避免占用地面空间，还将废弃地下空间加以利用，一举两得。

但是由于地下储氢这一技术推进地晚，目前技术不甚成熟，包括如何在注入和采出的过程中保持稳定性，以及如何保持含水层和枯竭的油气藏的封闭性，都还有很多技术增长空间。

尤其是在含水层和枯竭的油气藏，从理论上来说都是非常优秀的储氢库，枯竭的天然气储层占世界天然气总储存容量的76%，气田体积大于盐穴，地理分布更广，如果这一技术开发成熟，将带来更广大的储库空间。但目前来看，有很多技术难关还未完全突破。在海外，含水层和枯竭的油气藏作为储氢库也在探索当中。

中石油在今年上半年开始，启动了地下油气田储氢库前期勘探工作并完成了前期工作的招标，拟对松辽、鄂尔多斯、四川等盆地内油气田的储盖层岩石样品进行测试分析，以评估地下储氢的综合选址。

随着氢能应用的推广，越来越的氢气制备将在地下储氢库中找到安身之所，同时在项目实践活动的推进中，地下储氢技术也将获得更快的发展。或许终有一天，技术难关突破，废弃的气田也将成为氢气的大批量存储的新空间。