[论文解读] 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 8

一句话总结

本研究评估了美国山区西部（I-WEST）地区枯竭气藏、盐穴和盐水层地下储氢在技术和经济上的可行性。通过基于具体场地的地质与经济建模，研究发现枯竭气藏是最具成本效益的选项，其平准化储氢成本为1.3美元/公斤H₂，可储存至少72%的该地区2020年能源需求。

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.

研究动机与目标

• 评估美国山区西部（I-WEST）地区地下储氢在技术和经济上的可行性。
• 识别最适合储氢的地质构造——枯竭气藏、盐穴和盐水层。
• 估算不同储氢类型的整体储气容量与平准化成本。
• 评估盐水层中垫底气量对储氢经济性的影响。
• 为支持脱碳化目标，提供区域氢基础设施规划的可操作指导。

提出的方法

• 利用公开的地下数据，对I-WEST地区潜在储氢场地进行了地理空间与地质评估。
• 基于结构完整性、孔隙度和渗透率，评估了三种储氢类型：枯竭气藏、盐穴和盐水层。
• 应用储层模拟技术，估算整体储气容量与氢气回收效率。
• 使用标准化的工程与经济模型，计算各类储氢方式的资本成本与平准化成本。
• 纳入盐水层中垫进气量对运营成本与储氢效率的影响。
• 以2020年区域能源消耗数据为基准，评估储氢容量。

实验结果

研究问题

• RQ1 在I-WEST地区，枯竭气藏、盐穴和盐水层在技术和经济上是否具备储氢可行性？
• RQ2 哪种地质构造在该地区提供最低的平准化储氢成本？
• RQ3 盐水层中垫进气的存在及其体积如何影响储氢的成本与效率？
• RQ4 I-WEST地区三种储氢类型的整体储气容量是多少？
• RQ5 地下储氢在多大程度上可满足该地区2020年的能源需求？

主要发现

• I-WEST地区地质储氢可满足该地区2020年总能源消耗的至少72%。
• 枯竭气藏是最具成本效益的储氢方式，平准化成本为1.3美元/公斤H₂。
• 盐穴的平准化成本较高，达2.3美元/公斤H₂，主要因资本与建设成本较高。
• 盐水层的平准化成本最高，达3.4美元/公斤H₂，显著受垫进气量与运营复杂性影响。
• 盐水层中的垫进气在降低储氢成本、改善压力管理与提高回收效率方面起着关键作用。
• 本研究识别出I-WEST地区多个适合大规模部署氢气储氢的可行候选场地。