《Energy Strategy Reviews》：Underground hydrogen storage site suitability from the views of efficiency, cost, and risk — A site selection framework for decision-makers
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地下储氢（UHS）场地适宜性取决于三个基本因素：效率、成本和风险。代理参数可用于评估场地的潜在适宜性。为确定地下储氢的最优场地，需要将效率、成本与风险三者结合起来进行综合评估。
地下储氢（UHS）场地适宜性取决于三个基本因素：效率、成本和风险。代理参数可用于评估场地的潜在适宜性。为确定地下储氢的最优场地，需要将效率、成本与风险三者结合起来进行综合评估。
标题：效率、成本与风险视角下地下储氢场地适宜性评估——面向决策者的选址框架
一、引言与研究背景
随着全球能源系统向净零排放转型，氢能作为一种清洁能源载体日益受到重视，其发电、原料和储能等多重用途为难以脱碳的行业提供了可行的脱碳路径。地下储氢（Underground Hydrogen Storage, UHS）技术因其大规模、长周期储存能力，被视为平衡季节性供需波动和可再生能源间歇性的关键技术。常见的UHS地质介质包括盐穴、衬砌岩石洞穴以及多孔介质（深部咸水层和枯竭油气藏）。不同介质在技术成熟度、成本、操作复杂性和规模可扩展性方面存在显著差异。盐穴已在美英等国成功应用数十年，而多孔介质储氢虽然仍处早期阶段，但借鉴了城镇煤气和地下储气库（Underground Gas Storage, UGS）的丰富实践经验，例如奥地利的“地下太阳能储存”项目已初步验证了在枯竭气藏中注入和采出氢气（掺混或纯氢）的技术可行性。
二、研究问题与目标
尽管UHS潜力巨大，但地下地质环境的复杂性使得候选场地的适宜性存在显著差异。决策者面临的关键问题包括：多孔介质中何种场地才適合UHS？效率、成本和风险之间如何相互制约？理想与不适宜场地应具备哪些特征？现有UHS选址方法存在两大研究空白：第一，尽管近期框架日益整合多学科的技术、经济和风险标准，但这些维度通常仅作为筛选或排序变量，对它们之间的依赖关系和权衡取舍的显式表征有限；第二，较少研究将这些关系转化为透明的决策结构，使技术和非技术利益相关者均能理解场地适宜、不适宜或取决于项目特定优先事项的原因。
研究人员的总体目标在于开发一个半定量、面向利益相关者的框架，用于支持早期UHS规划，在详细场地表征、定量评估和项目专项分析开展之前促进利益相关者参与。该框架整合了控制UHS场地适宜性的三个基本维度：效率、成本和风险，为技术与非技术专家提供了一种共同语言，促进跨学科沟通。为验证其实用性，研究人员将该框架应用于爱尔兰海盆地的一组枯竭油气田案例研究。本研究的创新之处不在于提出新的地质标准或定量排序算法，而在于将效率、成本与风险整合到单一概念框架中，直观展示控制UHS场地适宜性的权衡关系。
三、文献综述
场地选择通常包括三个主要阶段：场地筛选、场地排序和最终决策。筛选阶段基于预备标准对可用场地进行二元（适合/不适合）分类，排序阶段采用多准则决策分析（Multi-Criteria Decision Making, MCDM）等方法对候选场地进行详细比较，最终决策阶段则需进行尽职调查。现有UHS选址研究可分为地质评估、技术经济评估、风险评估和综合框架四类。地质评估侧重于沉积盆地宏观筛选和储层/盖层参数的详细比较；技术经济评估关注储存容量与开发及运营成本的匹配；风险评估聚焦于泄漏、完整性和安全等问题；综合框架则尝试将多个维度整合为筛选工作流，但对维度间相互作用的显式解释仍不足。研究人员提出的框架弥补了这一空白。
四、框架设计与方法
该框架基于效率、成本和风险三个基本维度定义场地适宜性。效率指储层按项目要求进行氢气注入、储存和采出的能力，可通过注入性/产能、垫底气与工作气比、采收率等指标衡量，代理参数包括储层压力、孔隙度、渗透率、圈闭几何形态等。成本涵盖资本支出（CAPEX）、运营支出（OPEX）、弃置支出（ABEX）和开发支出（DEVEX），储层深度、垫底气需求和现有基础设施靠近程度是主要成本驱动因素。风险维度包括储存风险、泄漏风险、健康安全风险、环境风险、社会风险、监管风险和财务风险七个子类别，代理参数包括盖层质量、断层再活化、井筒完整性和承压区限制等。
框架采用顺序流程（Fig. 6）：首先根据项目规格预先设定效率、成本和风险三个维度的合格阈值；然后定义候选场地池，从可用场地数据中选择代表性代理参数；随后进行二元、非补偿性筛选，未通过任何强制性标准的场地被拒绝；合格场地在各代理参数上分别排序，同一维度内多个代理参数的排序取平均值，最终集成维度级排序；结果通过UHS场地适宜性可视化图呈现。框架定义了“适宜性区域”，即场地在满足效率要求的同时，成本和风险维持在项目特定可接受阈值内的区域。
五、案例应用：爱尔兰海盆地六个油气田
研究人员将该框架应用于英国爱尔兰海盆地（Irish Sea Basin）六个离岸油气田（图7）。选择依据为地理位置相近、所需五个代理参数的数据可公开获取、能演示早期场地筛选。数据来源于HyStories项目[68]和北海过渡管理局（North Sea Transition Authority, [110]）。代理参数分配如下：效率用储层容量和渗透率表示；成本用储层深度表示；风险用井数和盖层厚度表示。五个假设阈值（容量>10 TWh、渗透率>100 mD、储层深度<3000 mTVDSS、井数<10、盖层厚度>30 m）作为演示用边界。
结果显示，六个场地中仅场地3和场地5符合所有合格阈值，落入“适宜性区域”。三个场地（场地2、4、6）未通过效率标准（容量或渗透率不足）；三个场地（场地1、4、6）未通过风险标准（井数过多）；所有六个场地均满足成本标准。研究人员指出，场地1在效率方面看似有应用前景，但因不满足井数标准而被排除；场地2满足多数标准但容量不足。这表明多维框架能避免基于单一指标获得误导性结论。
六、敏感性分析
研究人员对五个阈值分别进行±20%和±50%的单因素扰动分析，共生成21种阈值配置和126次场地评估（详见附录A）。结果显示主要结论在测试范围内保持稳定：场地3在所有21种配置下均保持适宜；场地5在19种配置下适宜，仅在最小容量阈值提高50%或最大井数阈值降低50%时变为不适宜；场地1、2、4、6在所有配置下均不适宜，其中场地1始终因井数超标被排除，场地4始终同时未通过渗透率和井数标准，场地2一直低于容量阈值且在高井数标准下同时不达标，场地6则因渗透率和/或井数不达标持续被排除。储层深度和盖层厚度对分类结果无影响，因为所有场地均处于限值之内，该标准对于该数据集而言不具备区分度。
七、讨论
框架中的“适宜性区域”应主要被理解为项目特定可行性约束的交集，而非效率、成本、风险之间完全补偿性平衡的结果。技术、法规和安全要求可能作为非补偿性约束运行，即某一维度表现优异并不能弥补另一维度的不达标。例如，即使储存容量极大或开发成本极低，也无法弥补不可接受的封存风险。框架区分了排除不适宜场地和比较可行候选者两个环节。
框架的主要优势在于将效率、成本、风险整合为单一透明概念结构，支持早期选址，其附加价值不在于将这些维度聚合为单一适宜度测量，而在于使其在共同决策结构中呈现，明确场地排除和比较的依据。可视化结构促进不同背景利益相关者之间的沟通。框架具有灵活性，阈值可根据项目规模、国家背景或政策优先事项调整。局限性包括：框架是半定量和概念性的，不能替代详细储层工程分析；案例演示仅为展示决策支持概念，而非全面场地评估；简化演示未显式表示循环注入和采出、垫底气行为、地球化学或微生物反应、井完整性随时间退化等，这些需要后续详细场地表征中项目专项评估；示例分类结果未通过独立储层模拟或结构化专家启发进行验证；敏感性分析仅考察单个决策边界的变化，未评估阈值间相互作用或场地属性不确定性传播。
八、结论
本研究提出了一个整合效率、成本、风险三个核心维度的UHS场地适宜性评估框架。该框架通过透明、结构化的决策支持方法，帮助识别满足各维度最低要求的场地，同时使剩余权衡显式化。在爱尔兰海盆地六个离岸油田的应用表明，框架能够利用易获取的代理参数区分适宜与不适宜场地，且分类结果在测试的阈值变化范围内基本稳定。框架可视化的图形逻辑和模块化结构使其能适应不同地质与地理环境、国家背景和项目规模。虽然为UHS开发，但底层决策逻辑也可调整后应用于其他需要地下地质利用或封存的能源技术。政策层面，该框架能在高成本地质调查或许可程序启动前，为战略氢基础设施规划、风险知情的政策设计以及公共和私人资本的高效配置提供支撑。未来工作应纳入定量权重方案、概率风险评估和更广泛的社会经济指标，以在保持透明决策工具可访问性的同时进一步增强框架。总而言之，该框架是支持UHS及相关地下能源技术负责任和战略性部署的稳健、适应性工具。
