武汉岩土所Power-to-Gas地质储能技术研究取得新进展

近年来，中国可再生能源发电装机量增速迅猛，与此同时，用电高峰期时由于气象因素导致的发电不足或是用电低谷期大量可再生清洁能源难以有效利用等供需不匹配的矛盾日益凸显。另一方面，巨大的环境压力让二氧化碳（CO2）减排刻不容缓。Power-to-Gas (PtG)是一项将电能转化为高能量密度的可燃气体的化学储能技术，电离产生的氢气（H2）与捕集的CO2可人工合成甲烷，从而用于再发电或战略储能等以达到碳中和目的。 

中国科学院武汉岩土力学研究所研究员李琦团队多年来与德国亥姆霍兹波茨坦地球科学研究中心(GFZ)教授Michael Kühn团队一直进行PtG地质储能技术合作研究。针对PtG地质储能技术流程、地质储能模式以及全球示范项目开展了详细的调查研究。就PtG地质储能技术而言，电离与甲烷化仍是制约系统能效的关键基础技术。地质储层中的储能主要分为甲烷与二氧化碳同层存储与分层存储。同层存储中以二氧化碳作为垫层气存储甲烷会显著提升甲烷的采出率，但两种气体混合区域大小的控制与优化是需要进一步研究的方向。分层存储避免了混合问题，但该技术的应用有着较为苛刻的地质条件要求以及大量甲烷气体永久存留储层中无法采出的资源浪费问题。当前，欧洲各国制定的能源战略凸显了PtG技术的广阔前景，尤其德国已经开展了大量PtG技术与场地应用研究，我国在该领域的研究尚处于起步阶段。基于全球进展和中德之间的技术现状，双方团队对该技术的技术经济性、生态影响、在中国应用的机遇与挑战以及未来研发重点等一系列问题做出了详细的分析和展望。一系列结果表明，相较于传统储能技术，PtG地质储能技术的经济性具有较强的竞争力。此外，目前我国碳封存（CCS）与天然气地下储存的工程示范和现场应用也可为该技术在我国的应用提供较强的理论和实践依据，但进一步的选址、能效、环境风险等一系列技术挑战仍有待进一步研究。

中德最新一期的合作研究成果已经在线发表于国际工程技术期刊Renewable & Sustainable Energy Reviews。该研究成果得到中国CDM基金（No. 2013085）和国家留学基金委（No. 201804910875）的共同资助。

PtG地质储能技术流程图