地下储氢技术的发展与阻碍

 

通过可再生能源发电并制取氢气；将氢气注入盐穴、枯竭油气藏、含水层和衬砌的硬岩洞等地下地质构造中；实现氢能的储存；有需要时可将氢气从地下储氢场所采出用于燃气、发电或其他用途。

 

 

地下储氢具备经济性优势，仅需较低开发成本即可实现氢气的大规模存储，是实现氢能大容量长期储存的有效途径。

 

 

01盐穴

 

盐穴的存储容量通常较小，但是可在一年时间内多轮注入、采出，进而发挥灵活的跨期调节作用。目前包括传统储氢盐穴（见表1）、演示储氢的盐穴商业设施、现有或退役的天然气储存洞穴相邻的储氢的盐洞穴，混合氢合物的天然气储存盐穴（见表2）等。

 

表1传统盐穴项目

 

 

表2其他类型项目盐穴

 

 

国内关于地下盐穴储氢的研究还处于起步阶段。在我国的江苏金坛，拥有大规模的盐层与盐穴资源，重庆大学与岩土所合作进行了相关研究，该研究结合以风能为代表的可再生能源发电，将过剩电量进行大规模存储。通过对我国江苏金坛地域的层状盐岩进行研究，从地质存储性、稳定性、岩洞致密性等方面对其作为UHS潜在选址的可行性进行分析与评估，尝试发展可再生能源发电与地下氢储能耦合这一技术路径。

 

以上例子证明了在盐穴中储存氢气的可行性。然而，合适的盐洞的可用性是有限的，盐洞需要在许多领域进行进一步的研究，包括评估盐穴的完整性。此外，受制于快速循环，电解产生的氢气将需要更高的储存灵活性，这使得盐穴成为IEA目前所关注的主要方向。

 

02枯竭的天然气藏

 

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。

 

项目：目前没有商业设施可以在多孔岩石中储存纯氢。但是，存在氢气占比超过百分之50的混合天然气地下储存项目，以下是相关的项目信息：

 

表3枯竭天然气藏项目

 

 

此外，在爱尔兰，Green Hydrogen Kinsale项目对枯竭气田的储氢潜力进行了专有评估。在意大利，Snam进行了一系列测试，确认了在其枯竭的气田中储存氢气的可能性，并评估了100%浓度氢气储存影响的测试。

 

然而，氢气的储存比天然气更难，这是因为其具有更高的压缩系数、扩散系数、较低的粘度和反应性，所以在储氢方面的运用仍然具有挑战。由于气田的多孔性，枯竭的天然气田不能提供大规模的短期灵活性，每年只能运行数个周期。因此，它们可以在管理供求的季节性波动和加强供应安全方面发挥重要作用。

 

03含水层

 

含水层约占现有地下天然气储存能力的11%。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。

 

项目：没有正在运行的商业含水层储存氢气，且含水层中的纯氢储存尚未经过测试。但是有一些相类似的项目也值得列出，在20世纪70年代，在Lobodice（捷克共和国），Engelbostel和Ketzin（德国）和Beynes（法国），使用了盐水含水层来储存城镇天然气。RINGS（向存储设施中注入新气体的研究）项目正在分析向法国teréga含水层中注入的天然气流中添加氢气和生物甲烷的影响。

 

与枯竭气田不同，枯竭气田因最初充满气体而已知是紧密的，含水层并非四面都紧密，需要进行广泛的地质调查以确定是否存在气体逸出的隐患。含水层作为天然气储存的方案通常需要更多的缓冲气体，在注入和抽取气体方面同样不具备灵活调节的作用。

 

04衬砌的硬岩洞

 

衬砌的硬岩洞用于储存天然气液体（丙烷，丁烷）和原油，此外，坚硬的岩洞也可以用来储存氢气。以下是一些相关示范项目的信息：