氢气地储成西方国家储能研究热点

氢气地储成西方国家储能研究热点

将可再生能源发电丰沛期的电量用于电解水制氢并存储被认为是应对可再生能源发电不稳定缺憾的重要解决方案之一。氢气的比能在所有的燃料中最高，但其能量密度较低，存储一直是世界性难题，大量存储则更加困难。随着氢气存贮技术的不断进步，地下存储或地质存储被视为大规模储氢技术最具可行性的发展方向。

1） 氢气存储方式

氢气的存储通常有两种方式：一种是纯氢存储；一种是载体（materials-based） 存储。前者面临的最大难题之一是氢脆，即当钢等金属材料，特别是高强度钢暴露在氢气中且压力较大时极易发生失效和脆裂。也正是出于这个原因，氢气地储的理想储层压力不能高于1 200 psi （8.3 MPa）。金属的氢脆性还受温度的影响，当高于150 ℃时，大多数金属对氢脆腐蚀毫无抵御能力。这些都为氢气的地储带来严峻挑战。但随着材料学日新月异的发展，氢脆问题近年来得到一定程度的改善。载体储氢是指以氢化物、氢吸咐等方式储存氢气，主要分为金属氢化物储氢、吸咐剂储氢和化学剂储氢，这类储氢的物质或材料又称氢气载体（hydrogene carrier）。理想的载体应具有在相对低压和近常温环境下含氢量大的特性。相对而言，更具应用前景的为化学剂载体，有机的如液态烃，无机的如氨或氨硼烷等。液态烃携氢存储的最大优势在于可以利用现有的油气基础设施。

2） 英、美领先氢气地储

美国早在20 世纪70 年代就已开始研究将氢气存储于地下的可能性。1979 年，由美国政府资助的一个氢气地储研究项目探索了将氢气存储于枯竭油气田、水层、盐穴和人造岩穴的可行性，并预测了储氢服务成本。结果表明，氢气存储的服务成本是天然气存储成本的26 % ～ 150 %不等。

近期，美国阿尔贡国家实验室开展了一项广泛的技术调研，并确定了3 种具可行性的纯氢地储方式：盐穴、有衬砌硬岩洞（lined hard rock caverns） 和地下管道。对于20 t 以下的氢气，最经济的存储方式是地下管道［运营压力<1 450 psi （10.0 MPa）］；大于这一规模的氢气地储，就必须选用前两种地储方式，其中盐穴的经济性高于有衬砌硬岩洞。盐穴储氢的优势在于成本低，密封性好，所需的垫底气量少，盐壁有自行修复裂痕的特性。

美国和英国都开展了相关项目。英国的项目主要位于英格兰东北部的提赛德（被称为英国的“氢谷”），盐穴埋深介于350 ～ 450 m，储氢能力为21×104 m3，如以储电量计算则为25 GWh。此地开展的是英国规模最大的绿氢项目，BP 亦参与其中。美国在得州也有Clemens Dome，Spindletop 和Moss Bluf 等3个盐穴项目用于纯氢地储，埋深约800 m（盐穴顶部至地面），其中Clements Dome 和Moss Bluf 两个项目的储氢能力为58×104 m3，这3 个项目的储氢能力以储电量计算为90 ～ 120 GWh。

氢气地储面临的最大挑战在于地质方面，包括对地质构造的选择。目前这方面暂无厚度和深度标准，但有相关研究推荐埋深为1 400 m的地下盐穴。此外，地下储氢的地质建模也是研究难点之一，盐穴的布局（合适的大小、间距）、盐穴顶底的埋深、顶底地层的最小厚度以及缓冲层设计等都是建模需要研究的内容。

（供稿 卢雪梅）