热带海洋学报 ›› 2025, Vol. 44 ›› Issue (2): 1-17.doi: 10.11978/2024115CSTR: 32234.14.2024115
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收稿日期:
2024-05-31
修回日期:
2024-08-01
出版日期:
2025-03-10
发布日期:
2025-04-11
通讯作者:
赵明辉
作者简介:
关慧心(1990—), 女, 辽宁省沈阳市人, 副研究员, 博士, 主要研究方向为海洋地质学。email: huixinguan@scsio.ac.cn.
*本文中部分图件的制作使用了制图软件CorelDRAW (
基金资助:
GUAN Huixin1(), ZHAO Minghui1,2(
), HUANG Ruifang1, XU Hehua1
Received:
2024-05-31
Revised:
2024-08-01
Online:
2025-03-10
Published:
2025-04-11
Contact:
ZHAO Minghui
Supported by:
摘要:
随着全球对清洁能源需求的增长, 氢能作为重要的可再生能源储备, 其储存技术受到广泛关注。陆上储氢系统存在氢气泄漏、污染饮用水和灾变伤人等风险。而海下岩层地质环境相对稳定, 密闭性好, 海下离岸储氢技术受到广泛关注与快速发展。目前主要的地下储气技术包括盐穴、含水层和枯竭油气藏储气库3种, 其中盐穴储气库在欧美多国已经运行多年, 技术基础较为成熟, 然而我国滨海并无适合建设盐穴的地层, 盐穴储氢库只能在内陆建设。我国滨海地下含水层和油气藏较为丰富, 亟须及时开展海下储氢的相关地质研究, 推动不同海域相关技术的发展和应用, 以及氢能产业的全面发展。发展海下储氢技术不仅在选址过程中需要运用最新的地球物理方法, 结合氢气特殊的物理化学特性, 详细评估海下特殊的地质条件, 同时要综合考虑地质、水文、生物化学和矿物学等因素, 以确保合理规划和安全运行。
中图分类号:
关慧心, 赵明辉, 黄瑞芳, 许鹤华. 海下地质储氢技术研究进展及挑战*[J]. 热带海洋学报, 2025, 44(2): 1-17.
GUAN Huixin, ZHAO Minghui, HUANG Ruifang, XU Hehua. Research progress and challenges of offshore geological hydrogen storage technology*[J]. Journal of Tropical Oceanography, 2025, 44(2): 1-17.
表 1
3种主要地下储氢技术对比"
储氢方式 | 技术手段 | 储氢类型 | 优势 | 缺陷 | 储氢价格/(USD·kg-1) | |
---|---|---|---|---|---|---|
盐穴 储氢库 | 通过水溶开采方式, 在地下较厚盐岩层或盐丘层制造洞穴, 形成空间以储存气体。 | 纯氢 | 1. 技术较成熟; 2. 盐岩自我封闭性好, 能够有效防止氢气泄漏; 3. 储库压力上下限较宽, 储氢效率高。 | 1. 选址受限(必须挑选盐层较厚地层); 2. 前期建造成本较高, 容积相对较小。 | 1.61 | |
含水层储氢库 | 通过向盖层下注气驱替岩层中的水来储存氢气。 | 与CH4、CO2、CO等其他气体以一定比例混合 | 1. 潜在库址资源广; 2. 地层条件合适可大规模储氢。 | 1. 可能对周围地下水资源和生态系统产生不良影响; 2. 储库内氢气与原位细菌发生反应可能产生甲烷、硫化氢等气体, 损耗和污染氢气, 降低储氢效率。 | 1.29 | |
枯竭油气藏储氢库 | 通过已采尽原有油气资源的地下储层来储存氢气。 | 与CH4、CO2、CO等其他气体以一定比例混合 | 1. 容积大、密封性好、分布广; 2. 可大量利用现有地面地下设施, 前期建设成本低, 储氢综合成本最低。 | 1. 缺乏相关地质力学现象的研究; 2. 缺乏对单个岩性岩石类型的地质力学相互作用的综合研究。 | 1.23 |
表2
全球部分国家地下储氢项目"
项目名称 | 所属 国家 | 牵头组织机构 | 研究目的 | 研究周期 |
---|---|---|---|---|
Plan-DelyKaD | 德国 | 德国航空航天中心 | 深入比较相关的电解技术, 确定和选择德国最相关的盐穴地点的标准, 研究将存储的氢应用于不同终端用户的商业案例潜力, 并致力于确定大规模存储的氢在德国能源系统中的未来作用。 | 2012—2014年 |
InSpEE | 德国 | KBB地下技术有限公司 | 盐穴设计原则与基础地质/岩土数据、盐穴的选址标准的开发和部署, 以及德国北部盆地盐构造的可再生能源储存潜力的评估。 | 2015年结束 |
H2 research cavern | 德国 | HYPOS联盟(hydrogen power storage & solutions east Germany) | 开发并正式批准一个盐穴储氢研究平台。 | 2019年5月— 2021年6月 |
HyCAVmobil | 德国 | 德国氢和燃料电池技术组织 | 测试氢是否可以储存在盐穴中, 然后用于燃料电池车。 | 2019年6月— 2022年5月 |
STOPIL H2 | 法国 | Storengy | 在法国真正的盐洞中进行氢储存的工业试验。 | 2019—2020年 |
HyPSTER | 法国 | Storengy | 利用盐穴储存电解氢并与工业和出行用途相连接。测试该技术在欧洲其他地区的技术和经济可复制性。 | 2021—2023年 |
HyStock | 荷兰 | Gasunie | 研究和测试荷兰北部盐穴大规模储存绿氢。 | 2020至今 |
RP1.10-08 | 澳大 利亚 | Future fuels cooperative research centre | 研究和测试澳大利亚大规模地下储存氢气的可行性, 评估预期需求。 | 2021—2024年 |
HyStorPor | 英国 | Engineering and Physical Sciences Research Council | 评估氢气储存在英国地下储层(包括滨海地下盐穴)岩石中的可行性。 | 2023年结束 |
HyUsPRe | 英国 | Horizon 2020 Framework Programme | 评估欧洲的多孔储层中实施大规模储存氢气的可行性和潜力。 | 2021—2023年 |
Underground Sun Storage | 奥地利 | Rohöl-Aufsuchungs Aktiengesellschaft Austria AG Company | 将可再生能源以氢气形式安全、季节性、大规模储存在地下枯竭油气田中的技术。 | 2017—2030年 |
Hychico | 阿根廷 | Capex Company | 是一个结合了风电场、氢气生产和地下储存的项目。在地下油气藏中储存90%的甲烷和10%的氢气。 | 2010—2018年 |
RWE-Lobodice/Haje | 捷克 | Gas Storage Českárepublika | 在地下含水层中储存一种含50%氢气和25%甲烷的混合气体, 供应所在城市的煤气需求。 | 1962年至今 |
Beynes | 法国 | Gaz de France | 通过地下盐水层储存含有50%~60%的氢气。经过一年储存后提取的气体中含有微量的镍和铁羰基化合物, 1973年被改为天然气储存场所。 | 1956—1972年 |
Ketzin | 德国 | GFZ German Research Centre for Geosciences and Ketzin partners | 通过地下含水层储存氢气、甲烷和二氧化碳。其中氢气含量为62%。 | 2008—2013年 |
FRS(170)/2022-2023/PE | 印度 | 印度理工学院 | 评估印度滨海地层中实施大规模储存氢气的可行性。 | 2022—2023年 |
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