[論文レビュー] Technical and Economic Feasibility Analysis of Underground Hydrogen Storage: A Case Study in Intermountain-West Region USA

Fangxuan Chen, Zhiwei Ma+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 7, 2022

Hybrid Renewable Energy Systems被引用数 8

ひとこと要約

本研究は、アメリカ合衆国インター・マウンテン・ウェスト（I-WEST）地域における枯渇ガス層、岩塩くぼみ、塩水含水層の地下水素貯蔵の技術的・経済的妥当性を評価する。現場別地質学的・経済的モデリングを用いて、枯渇ガス層が最も費用対効果の高い選択肢であることが判明し、水素貯蔵のレベル化コストは1kgあたり1.3ドルであり、地域の2020年エネルギー需要の少なくとも72％を満たす能力を持つ。

ABSTRACT

Hydrogen is an integral component of the current energy transition roadmap to decarbonize the economy and create an environmentally-sustainable future. However, surface storage options (e.g., tanks) do not provide the required capacity or durability to deploy a regional or nationwide hydrogen economy. In this study, we have analyzed the techno-economic feasibility of the geologic storage of hydrogen in depleted gas reservoirs, salt caverns, and aquifers in the Intermountain-West (I-WEST) region. We have identified the most favorable candidate sites for hydrogen storage and estimated the volumetric storage capacity. Our results show that the geologic storage of hydrogen can provide at least 72% of total energy consumption of I-WEST region in 2020. We also calculated the capital and levelized costs of each storage option. We found that a depleted gas reservoir is the most cost-effective candidate among the three geologic storage options. Interestingly, the cushion gas type and volume play a significant role in the storage cost when we consider hydrogen storage in saline aquifers. The levelized costs of hydrogen storage in depleted gas reservoirs, salt caverns, and saline aquifers with large-scale storage capacity are approximately $1.3, $2.3, and $3.4 per kg of H2, respectively. This work provides essential guidance for the geologic hydrogen storage in the I-WEST region.

研究の動機と目的

• アメリカ合衆国インター・マウンテン・ウェスト（I-WEST）地域における地下水素貯蔵の技術的・経済的妥当性を評価すること。
• 水素貯蔵に最も適した地質的形成—枯渇ガス層、岩塩くぼみ、塩水含水層—を特定すること。
• 異なる貯蔵タイプにおける体積的貯蔵容量とレベル化コストを推定すること。
• 塩水含水層におけるカッシュ・ガスの影響が貯蔵経済に与える影響を評価すること。
• 脱炭素化を支援する地域の水素インフラ計画に役立つ具体的なガイダンスを提供すること。

提案手法

• 公的データを用いて、I-WEST地域の潜在的貯蔵サイトについて地理情報および地質学的評価を実施した。
• 構造的整合性、多孔質度、透水度に基づき、枯渇ガス層、岩塩くぼみ、塩水含水層という3つの貯蔵タイプを評価した。
• 貯蔵容量と水素回収効率を推定するために、貯留層シミュレーション技術を適用した。
• 各貯蔵タイプについて、標準化された工学的・経済的モデルを用いて資本コストおよびレベル化コストを計算した。
• 塩水含水層におけるカッシュ・ガス体積が運用コストおよび貯蔵効率に与える影響を組み込んだ。
• 貯蔵容量評価のベンチマークとして、2020年の地域エネルギー消費データを用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 I-WEST地域における枯渇ガス層、岩塩くぼみ、塩水含水層への水素貯蔵の技術的・経済的妥当性は何か？
• RQ2 地域において、どの地質的形成が水素貯蔵のレベル化コストを最も低く抑えるか？
• RQ3 塩水含水層におけるカッシュ・ガスの存在と体積が、水素貯蔵のコストと効率にどのように影響するか？
• RQ4 3つの貯蔵タイプにわたるI-WEST地域の合計体積的貯蔵容量はどの程度か？
• RQ5 地下水素貯蔵は、地域の2020年エネルギー需要のどの程度を満たすことができるか？

主な発見

• I-WEST地域における地質的水素貯蔵は、地域全体の2020年エネルギー消費量の少なくとも72％を満たすことができる。
• 枯渇ガス層は、水素貯蔵の最も費用対効果の高い選択肢であり、レベル化コストは1kgあたり1.3ドルである。
• 岩塩くぼみは、資本金および建設費用が高いため、レベル化コストが2.3ドル/kg H₂に上昇する。
• 塩水含水層は、カッシュ・ガス体積と運用の複雑さが顕著に影響するため、レベル化コストが最も高く、3.4ドル/kg H₂に達する。
• 塩水含水層におけるカッシュ・ガスは、貯蔵コストを低減し、圧力管理と回収効率を向上させる上で極めて重要な役割を果たす。
• 本研究では、大規模な水素貯蔵展開に適した、I-WEST地域に複数の実現可能な候補地を同定した。