地下储氢，即利用地下地质构造进行大规模的氢能存储。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。

一、全球首个地下储氢项目

5月8日，奥地利RAG公司在Rubensdorf的一个前天然气库启动全球首个地下储氢试点项目。试点项目将储存120万立方米氢气，相当于4.2 GWh的电力。储存的氢气将由康明斯提供的2 MW质子交换膜电解槽生产，项目运行之初该电解槽将在基本负荷下运行以生产足够储存的氢气，项目运行后期，电解槽将以更加灵活的方式运行，将多余的可再生电力传输至电网。

作为氢能经济发展的一个重要里程碑，该试点项目将展示地下储氢在季节性储能方面的潜力，并为氢能的大规模部署铺平道路。尽管仍有大量的挑战需要克服，但无疑是朝着更加可持续且脱碳的能源系统迈出的重要一步。

二、地下储氢技术发展的阻碍

平衡波动和供应安全

冬季和夏季天然气价格之间的季节性价差以及短期价格波动是储气的两个关键市场价值驱动因素。储气设施需要通过优化天然气运输网络的设计来发挥作用，由于可用存储容量在天然气贸易市场的对冲交易中发挥着重要作用，进而推动了天然气储存基础设施的发展；此外，天然气储存设施在供应中断的情况下支持能源系统的安全。同样，由于氢气有望在能源系统中发挥重要作用，因此存储对于保持其可靠性也很重要：

-平衡使用可变可再生电力的电解槽的供应波动和氢气需求的季节性。

-在供应中断的情况下提供能源安全，如贸易冲突、不可预见的停电、自然灾害，并减少相关的价格波动。

技术发展迟缓

在多孔储层（即枯竭的气田和含水层）中储存所需的研究开发和示范发展缓慢。需要更多的研究来评估枯竭油田中残留天然气的影响，含水层和枯竭气田中可能产生污染物和氢气损失的原位细菌反应，以及可能受到氢气特性影响的储存密封性的影响。正在进行的欧洲研究项目正在解决这些问题，其结果对于为未来的示范项目和工业部署提供信息非常重要。

项目建设周期长

地下天然气储存项目需要相当长的建设周期，盐穴和枯竭储层需要5至10年，含水层储存需要10至12年。对于储氢项目，可能会存在有更大的时间滞后，因为实践经验有限，而且只有一种盐穴技术。虽然使用现有的天然气储存设施可以在允许的情况下快速运行，但盐洞的冲洗时间为两到五年。荷兰的HyStock项目估计，整个过程不包括计划阶段从在调试之前授予许可证可能需要大约7年的时间。

受限于当地地质条件

当地的地质环境决定了地下储气设施的潜力。在潜力有限的地区，氢可以通过化学转化过程(例如氨，甲醇和LOHC)作为液体载体大规模存储，但是能量的转换效率对应也会降低。

三、技术研究现状怎样？

自20世纪70年代以来，关于地下岩层可能储氢的估评已经出现在文献中，1979年美国天然气技术研究院发表了一项关于大量地下储存气态氢的研究报告， 证实其经济和技术上的可行性。从那时起，地下储氢经济估算就经常出现在文献中。根据Taylor等人(1986)，研究认为地下储存是储存大量气态氢最便宜的储氢方法。然而，很少有关于地质构造中储氢状态研究的科学研究论文发表。有些报告是关于储存纯氢的水动力方面的， 这些论文都倾向于得出这样的结论: 与天然气存储相比，氢存储不会带来新的重大问题。

1990年，首次发表了关于氢在地下储存中的异常的现场数据，这是关于在捷克Lobodice一个含水层中储存城镇煤气的数据。数据清楚地表明，在一个注入循环中，储存气体的成分发生了显著变化，认为因为是氢和CO2或CO的原位生成了甲烷。

对UHS研究的兴趣真正爆发始于2011年至2012年，这主要是受欧洲委员会的政策的影响，欧盟设定了雄心勃勃的气候保护目标，呼吁欧洲能源体系进行转型和脱碳。目标确定2020年温室气体(GHG)排放量减少20%，可再生能源在能源结构中占比20%的份额，一次能源消费减少20%。

2012年，欧盟启动了HyUnder（Hydrogen Underground Storage in Europe）研发项目，来自欧盟的法国、德国、荷兰、罗马尼亚、西班牙和英国等6个国家的12个项目伙伴参与研究，主要是评估欧洲大规模地下储氢的潜力、参与方和商业模式，项目还涉及工程和经济问题。2021年欧盟资助，Geostock Group牵头组织相关机构承担了为期两年HyStorIES（Hydrogen Storage in European Subsurface）项目，旨在探索在地下含水层或枯竭油气藏中储存纯氢的主要技术可行性。

目前，德国是开展地下储氢研究项目做多的国家，近十年中，开展了H2STORE、InSpEE、ANGUS、HyINTEGER、HyCAVmobil等项目，其中有些项目正在进行中。法国也是开展地下储氢研究较多的国家，先后启动了STOPIL H2、HyPSTER和HyGéo等项目；英国是开展地下盐穴储氢最早的国家，近年也启动地下储氢研究，如爱丁堡大学牵头的HyStorPor项目；另外其他欧盟国家（如荷兰、丹麦、奥地利）也开展了地下储氢研究。

美国是目前运行地下盐穴储氢设施最多的国家，在得克萨斯州有3个盐穴储氢库。最近美国启动了SHASTA、GeoH₂研究项目，目前正在执行中。阿根廷于2011-2016年完成了Patagonia风电-氢能项目。

中国地下储氢方面研究正在起步，目前仅见有几篇论文公开发表，还未见有研究和现场试验项目的公开报道。

总体上，地下储氢技术仍然处在发展的初级阶段，这一领域也仅在近十年得到欧美等发达国家重视，其他国家目前还很少关注。地下储氢目前还不是而且在未来的几年仍然不是一种可行的、技术上成熟的储能方式。

在大规模工业应用地下储氢技术之前， 必须突破地质、技术、经济、法律和社会方面的障碍。这些问题的复杂性以及缺乏足够的应用实践，因此可能还需要进行较长的研究， 进一步开展地下储氢研究和示范项目以评估潜在的危害并拟订减少危害的计划是必要的。

文章来源： 第一氢能与燃料电池，清氢研究院，非凡说能源