盐穴中绿色氢储存的技术经济分析：评估循环使用效应及盐穴规模对爱尔兰电力转X（power-to-X）领域氢储存平准化成本的影响

《Journal of Energy Storage》：Techno-economic analysis of green hydrogen storage in salt caverns: Evaluating cycling effects and cavern scaling on the levelized cost of hydrogen storage in Ireland's power-to-X landscape

氢能存储与风能整合

　　在当前全球能源转型的大背景下，利用盐洞进行大规模氢气储存的可行性研究显得尤为重要。爱尔兰作为一个风能资源丰富的国家，其风力发电能力正迅速增长，这为氢气的生产与储存提供了新的契机。本文研究了在爱尔兰利用盐洞进行氢气储存的技术经济可行性，重点探讨了风能与质子交换膜（PEM）电解槽的集成优化，以应对风能利用中的能量浪费、电网传输限制以及可再生能源间歇性等问题。研究发现，单个氢气储存盐洞的初始投资约为2.4亿欧元，其中地质结构准备和压缩机系统是主要成本构成。年运营费用（OPEX）预计为460万欧元，主要由压缩机的能源消耗和冷却需求驱动。电解槽规模对经济可行性具有关键影响，小型系统（如20兆瓦的PEM电解槽）经济上不可行，其氢气的平准化成本（LCOH）约为10欧元/千克，而储存周期可能长达2.5年。然而，当规模扩大至200兆瓦的PEM电解槽时，成本效率显著提高，LCOH降至约0.83欧元/千克，储存周期缩短至90天。这些发现为政策制定者和行业参与者提供了关键的参考，以推动可再生能源转型并提升能源安全。

盐洞作为氢气储存的一种方式，具有独特的技术优势，包括高氢气纯度、低储存成本以及大规模储存潜力。相比其他储存技术，如液态氢、压缩氢气罐和氨等化学载体，盐洞储存技术能够实现多太瓦时（TWh）级别的季节性储存。此外，盐洞储存还具备良好的安全性和环境友好性，这使其成为未来低碳能源系统中大规模、长周期氢气储存的有力解决方案。爱尔兰的地质条件为盐洞储存提供了良好的基础，特别是在Larne盐田，这一区域被认为是“非常富含盐”的地点，具备大规模氢气储存的潜力。研究还指出，盐洞储存技术在德国、中国等地的实践已经证明了其长期结构稳定性和技术可行性，为在爱尔兰的推广奠定了基础。

为了实现大规模氢气储存，研究需要对整个系统进行详细的技术和经济分析。系统包括氢气生产、储存以及潜在的使用环节，如用于燃气轮机的清洁电力生成。研究特别关注了压缩机在氢气储存过程中的作用，以及其配置对储存效率和经济性的影响。研究还指出，压缩机的配置和数量直接影响储存周期，例如使用8台并行压缩机可将储存周期从247天减少至31天，而增加压缩机数量的边际效益会逐渐下降。因此，选择合适的压缩机规模和数量是优化储存系统经济性的关键。

从经济角度来看，研究强调了规模效应在降低平准化氢气成本（LCOH）中的作用。随着盐洞数量的增加，LCOH显著下降，例如从单个盐洞的0.52欧元/千克降至七个盐洞的0.38欧元/千克。这一趋势表明，扩大储存规模可以有效降低单位储存成本，同时提高系统的整体经济性。然而，实现这一目标需要克服多个挑战，包括电网连接、许可流程和供应链瓶颈。此外，氢气储存需要大量的氢气供应，这对电解槽的规模和效率提出了更高的要求。

研究还分析了不同规模的电解槽对氢气储存成本和周期的影响。小型电解槽在经济上不可行，而大型电解槽虽然能够显著降低储存成本和周期，但其建设与运营仍面临诸多现实问题。例如，需要大量的氢气供应，这可能对现有的基础设施提出挑战。此外，政府的政策支持对于推动大规模氢气储存的部署至关重要，包括加速许可流程、提供资金激励以及优化电网规划以优先考虑氢气枢纽。同时，研究还指出，氢气储存系统的经济性受到多个因素的影响，如系统退化率和盐洞开采成本的变化。这些因素的波动可能导致储存成本的显著变化，因此需要在系统设计和运营过程中进行深入的风险评估和管理。

研究结果表明，盐洞储存技术在技术上是可行的，并且具有显著的经济优势。然而，要实现这一技术的广泛应用，还需要解决一系列实际问题，包括地质条件的不确定性、储存系统的长期稳定性以及氢气供应的可靠性。例如，盐洞储存过程中可能会出现氢气泄漏，尽管其泄漏率相对较低，但仍需通过严格的地质筛选、压力管理以及长期监测系统来确保安全和稳定。此外，大规模氢气储存需要完善的基础设施，如氢气管道、监测设备和压缩机系统，这些都需要大量投资和长期规划。

综上所述，本文的研究为爱尔兰及其他地区利用盐洞进行大规模氢气储存提供了重要的技术经济分析框架。通过结合风能资源、地质条件和政策目标，研究不仅揭示了氢气储存的潜力，还指出了实现这一目标的关键挑战和优化路径。未来的研究和政策制定需要进一步考虑这些因素，以推动氢气储存技术在实际应用中的发展，并为实现低碳能源系统提供坚实的基础。