地热能储存是如何工作的？

地下岩层可以以多种方式储存能量。虽然化学能源储存（例如地下甲烷储存）可能是最广泛的方法，但能源也可以作为潜在的机械能（例如通过压缩空气储存）或热能储存，以供未来使用。地下能源储存地质技术的两个不同亚科包含：地下热能储存和地下机械能源储存，这两者都利用了地热工业的发展。地下热能储存由热源热源组成；以电到热的形式储存电力；或储存冷的。地下热能储存可直接用于地区供暖应用，但也可用于长时间供电，这种技术也被称为地热电池储能技术或卡诺电池储能。

 

地下热能储存装置包括多种类型的地下储存装置：封闭系统，如钻孔热能储存，钻孔区域在表面以下约250米处储存热量；和开放的系统，如含水层的热能存储（ATES）浅含水层（小于30°C，地下小于400m），深层含水层和水库（以上90°C，深于1 000 m），现有滤水井和漂流矿井储能。

水库可以进入不适合饮用的盐水含水层，或在沉积油井中，热量可以储存在热堆形成。之后，储存的热量可以被回收用于发电或直接加热，就像目前在荷兰广泛使用的地区供暖应用一样。目前正在进行地下热能储存的示范项目展示了代尔夫特（NL）和柏林（DE）含水层储热、达姆施塔特（DE）和（CZ）钻孔储热层以及波鸿（DE）和康沃尔（英国）的储热。地下热能储存很有趣，因为它的储存容量大和相对地下空间要求小。

 

利用多余的电力将水泵入由水力压裂产生的地下水库，机械地下储能（或地质力学抽水蓄能是一种更创新的地下储能形式，基于最近的改进。该过程将能量以弹性势能的形式储存在储层中，直到它需要恢复为止。当脱水时，水被释放来驱动涡轮机发电这种方法可以集成到或与地热发电厂，利用来自周围岩层的热量和储存来自地下压力的势能，将其定位为地热能源技术项目的一个评估条件。

 

这些形式的储能装置的技术特点是什么？

除了已经商业化用于相对较浅深度的技术外，更深的地下热能储存技术（特别是地质机械泵能储存e）也有前景，但其潜力、效率、成本和环境影响尚不确定，因为这些因素在项目之间可能显著不同。

 

地下热能储存

效率取决于储层的性能，如孔隙率、渗透率和不渗透密封层的存在，以减少热损失，估计范围从30%到90%以上。储层深度的关键，更深的井意味着更高的钻井和抽水成本。一个1 500米深的存储设施的成本成本将高出近50%比500米的设施要多，而且至少需要5倍的电力来抽水。

然而，在1 500 m时，比较浅的储层的热损失可以减少更多，因此需要进行适当的灵敏度分析才能更好地定量。枯竭的油井是首选的地点，但其他地质构造也可能很合适。

 

存储时间因项目和试点而异：例如，加州的一个项目旨在将200°C产生的太阳热量存储到1 000小时。在大型含水层中，地下水结构是非常具有成本效益的存储系统，并且具有相当大的容量（季节性持续时间是可行的），尽管需要许多测试来评估水库的质量。

 

尽管利用现有的石油结构和知识可以降低开支，但成本仍有待大规模证明。尽管不确定性仍然存在（而且它们高度依赖于所使用的假设），但初步估计表明，资本成本必须下降30-50%，才能与抽水水力储存的平均资本成本竞争（承认不同项目的资本成本差异很大）。

 

机械地下储能

美国在德克萨斯州的试点项目显示，往返效率为70-75%，存储时间最高可达10小时，与长时间电池（通常约8小时）和小型抽水水力蓄能器的存储容量相当。与地下热能储存一样，机械地下储能系统可以利用废弃的油井，通过地下地热活动注入和加热水来发电和/或热量。

然而，成本仍然不确定，可能在很大程度上依赖于干燥和抽水费用。如果可以从石油和天然气活动中获得显著的学习，就可以实现相当大的成本降低。诸如地震活动、地下水污染、水过度使用和栖息地影响等潜在风险需要进一步研究。为了开发这些技术，并将对生态系统和公共卫生的风险降至最低。