研究人员提出利用湖泊和水库现有的基础设施进行氢气存储

在一个新的自然通讯学习研究人员提出了一种利用湖泊和水库底部现有的管道进行氢气存储的新方法。

氢气作为化石燃料的一种有前途的替代品已经浮出水面。能源生成在多个行业中。重点尤其在于绿色氢气，它是通过用水电解产生的。可再生能源来源像太阳能、风能和空气能。

然而，绿色氢气的广泛采用面临着挑战，主要原因是缺乏足够的储存解决方案。

本研究建议使用高密度聚乙烯（HDPE）管道作为储存绿色氢气的一种方式。HDPE管道被用于湖泊、水库或水电储能系统的底部。水资源管理.

Phys.org采访了该研究的第一作者，沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的研究科学家Julian David Hunt博士。

他指出，他过去在深海压缩空气储能（CAES）方面的工作启发了他对新策略的探索。氢存储.

当前存储方案的局限性

目前有几种氢气储存选项可供选择，这些选项根据氢气的存储方式而有所不同。

例如，压缩氢气需要储存在高压专用罐中，液态氢必须在极低的温度下储存，而地下存储方案则取决于特定地区。

基于地区的解决方案（如盐洞和枯竭的天然气田）的方法不具备很好的可扩展性。这是因为这些资源可能在需要氢气存储的地方并不存在。

亨特博士和他的团队使用HDPE管道是一种更为广泛应用的方法，因为这些管道已经存在于湖泊、水库和其他水力发电存储系统的底部。

然而，由于缺乏关于海洋底部、河床、湖泊及其他水体海底深度的信息，追求这一选项证明具有挑战性。

亨特博士说：“主要问题是缺乏湖泊和水库的水下地形数据。本质上，这些数据代表了海底或湖底的地形图，提供了关于淹没区域形状、特征和组成的资讯。”

HDPE管道的目的

HDPE管道的实际用途是用于水域的水资源管理。它们可以被用来输送各种目的的水，包括农业、民用需求和排水。

该材料能够承受水下的高压，因此非常耐用，并且具有抗腐蚀和降解的特性，适合长期使用。

此外，在这些管道周围添加碎石，以确保它们稳定不会因水流而移动，起到支撑管道的作用。

这些因素在使用HDPE管道进行氢气存储时也是理想的。

HDPE管道作为存储容器

氢气可以从管道顶部注入，将水推入管道中。氢气需要在一定的压力下储存以避免不必要的膨胀或压缩。这是由于管道上方水柱的压力自然实现的。

通过将内部氢气压力保持在外部水压相同的水平，系统确保氢气不会膨胀并对管道产生应力。

当水位及其相应的水压波动时，减压阀会调节水流和氢气的流量，从而保持管道内压力的稳定。

如果大雨导致水位上升，这将导致压力增加。在这种情况下，会使用减压阀排出氢气，让多余的水分进入以维持系统的压力。管道.

这只有在氢气不溶于水的情况下才有效，使得这一过程对水生生物无害，并将环境影响降到最低。

无限可能

研究人员使用加州奥罗维尔水库的数据来了解所提议的存储方案的潜力。

他们发现，使用他们提出的方法，在一年内深度为200米的氢气存储的平准化成本约为每千克0.17美元。

他们进一步发现，该方法比太阳能发电更节省空间，所需的储能面积仅为安装太阳能板面积的约1/38。

此外，这项技术展示了极大的灵活性，使其与现有的水电基础设施兼容。它还可以适应水库中不同的水位，在水位上升时增加存储容量。

研究人员还使用了人工湖泊和水库的数据。

数据表明，全球湖泊和水库的氢储能容量估计为15拍瓦时（PWh），其中包括天然湖泊12拍瓦时和人工水库3拍瓦时。

里海本身就代表了这一潜力的一半以上（6.4千万亿瓦时）。

“将氢气存储在水电水库和湖泊中的可能性大大增加了大规模氢气储存的位置选择，特别是靠近能源需求地区（如城市、工业区）或可再生能源供应地（如太阳能、风能和水电站）的位置，”亨特博士说道。

未来的氢经济

“用砾石和管道在湖泊和水库中储存氢气是长期氢气存储的一个具有竞争力的替代方案，可以支持未来氢经济的发展，”亨特博士解释道。

由于该方法利用了现有的基础设施，因此成本效益高。此外，由于氢气在水中不可溶，这种方法不会造成环境风险。

然而，亨特博士指出：“主要的环境影响是海底存在大型管道。"湖/水库这可能会扰乱水库底部的动植物。

在这个领域缺乏全面的数据是一个问题，Hunt博士暗示这可能是他希望探索的研究领域。

一个有趣的研究课题是结合所有可能的大规模选项氢气“包括地质、储层、湖泊和海洋存储在内的数据库存储，”他总结道。

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