BGS：支援淨零碳排放的地下能源儲存方案

2021年8月25日，英國地質調查局（BGS）公佈了英國目前正在尋求的可再生能源儲存綠色解決方案的研究進展。目前英國正在致力於探索基於地質學方法的可再生能源儲存方案即地下能源儲存，旨在推動英國如期實現淨零碳排放目標。

英國政府近期宣佈了碳減排目標即到2035年將碳排放減少78%，作為英國到2050年實現淨零碳排放的承諾的一部分（蘇格蘭計劃於2045年實現這一目標）。

在碳減排方面，英國目前已經取得了重大進展：可再生能源（主要是風能和太陽能）發電的份額已達到43%，比10年前增加了3倍，而煤炭通常只提供不到2%的電力。目前所面臨的挑戰是如何解決可再生能源儲存問題，而地質學可以提供儲存可再生能源的新方法，以提升可再生能源在能源市場的份額。

1 洞穴儲存

英國擁有豐富的天然岩鹽，如在柴郡、提賽德、蘭開夏郡的部分地區以及北部和愛爾蘭海域。

岩鹽以其易溶、滲透率極低的特性，可以作為理想的儲能介質。採用一種被稱為溶液採礦的成熟技術，可以在岩鹽層中開發出大的空腔，由此產生的空腔自20世紀60年代以來一直用於儲存天然氣，自1972年以來小規模地用於儲存氫氣。

透過壓縮洞穴內的空氣，可用於儲存多餘的風能和太陽能，被稱為壓縮空氣儲能（CAES）。與傳統電池相比，透過這種方式儲存能量的時間更長。CAES技術已經在全球多個地區被成功示範，英國的地質條件適合在多個地區開展相關專案。當空氣被壓縮時，壓縮熱可以被儲存起來，然後用來加熱從洞穴釋放出來的空氣，從而驅動渦輪機發電。

BGS正在研究的一個特殊領域是岩鹽的完整性，與目前的天然氣儲存作業相比，巖洞中的天然氣可以以更快的速度填充和排空，壓力變化也更大。這將使更多的氫被儲存和使用。同時，正在特別關注層狀岩鹽的性質，其中泥岩和其他不溶物質與岩鹽層層序呈互層狀態。

2 氫儲存

氫有潛力在不產生碳足跡的情況下，由多種材料製造，如天然氣、生物質和某些型別的廢物。無論是透過電解或蒸汽甲烷轉化（在此過程中產生的相關二氧化碳可以被捕獲和儲存）產生的氫氣，都可以混合到現有的天然氣管網中，用於家庭使用、發電，或作為汽車和卡車的燃料電池。

目前地下儲氫主要透過溶液開採洞穴。然而，這僅限於具有合適深度和厚度的岩鹽礦床的地區。作為工業脫碳研究與創新中心（IDRIC）的一部分，BGS正在研究利用多孔岩石（如砂岩）儲存氫氣是否可行，以及在什麼環境下自然地質條件會阻礙這種儲存方式。如果多孔岩石儲存氫氣可行，且不會損失儲存氣體的質量和數量，那麼英國更多目前沒有明顯地下儲存條件的地區，包括倫敦、南威爾士和蘇格蘭中部，都將可能成為基岩儲氫的潛在地點。

3 熱能儲存

多孔岩石也有潛力透過所謂的含水層儲能（ATES）機制而成為熱能儲存器。這種熱儲存器將熱量儲存在孔隙流體中，有可能捕捉工業過程或家庭產生的多餘熱量，以便在需要時使用。

基岩組成、結構要素和圍巖性質等將影響ATES方案的有效性。相關問題的研究將由BGS柴郡地球能源觀測站的科學家進行研究，這是英國工程學與自然科學研究理事會（EPSRC）資助的研究專案的一部分。

轉載本文請註明來源及作者：中國科學院蘭州文獻情報中心《地球科學動態監測快報》2021年第17期，張樹良 編譯。