[发明专利]地下储氢装置、系统及方法

说明书

本发明公开一种地下储氢装置，涉及地下储氢技术领域，包括储氢岩洞，所述储氢岩洞内用于储存氢气，所述储氢岩洞位于地下岩层；所述储氢岩洞的内壁上设置有密封衬砌层，所述密封衬砌层包括由内至外依次设置的密封内衬层和衬砌层，所述密封内衬层能够对所述储氢岩洞内的氢气进行密封，所述衬砌层位于所述密封内衬层与所述储氢岩洞的内壁之间，能够对所述密封内衬层进行固定。本发明还公开一种地下储氢系统及方法。本发明能够降低由于生化反应造成的氢气损失，提高体积储氢效率，地质条件灵活且不受巨厚盐岩地层约束，具有显著的经济性和安全性。

技术领域

本发明涉及地下储氢技术领域，特别是涉及一种地下储氢装置、系统及方法。

背景技术

化石燃料的大量使用造成二氧化碳的过量排放，由此引起的全球气候变暖让能源转型问题变成生死攸关的全球性问题。氢是自然界中含量最多的元素，来源十分广泛，1m³氢气通过燃烧产生12.7兆焦耳的能量，而1m³甲烷产生40兆焦耳热量。虽然氢气热值低，但氢气的比能在所有的燃料中最高，且氢气在经过燃料电池或者燃烧后的最终产物为H₂O，过程中无CO₂排放，也无污染物排放，因此氢能被视为未来最佳的清洁能源，具有很大的发展潜力。将太阳能、风能、水能和地热能等可再生能源产生的非持续性电能用于电解水制氢储存后再稳定供应，是缓解全球变暖及其负面影响的重要方案之一。

但氢气能量密度较低，其储存方式一直是世界性难题，大量存储更加困难。由于氢气在液化过程中自身损失非常巨大，操作复杂且成本高，压缩气态储存则成为氢气大规模储存的唯一方案。与地上储存方式相比，无论在安全环保、储量规模和投资成本方面，氢气地下储存更具优势。地下储氢能够保障国家能源供给安全、充分利用地下储存空间，在提高能源利用效率、节能减排、降低储集成本以及调峰和安全稳定供气发挥重要作用。

由于氢气和天然气在物理化学特性方面的明显差异、金属材料环境氢脆的影响以及氢气与微生物和矿物质的生物化学反应等原因，传统的地下储气模式对氢气并不适宜直接套用。

中国发明专利(CN114059083A)公开的方案中，是将太阳能发电制取的氢气最终注入到废弃油气藏中，该方法可以利用太阳能持续产生氢气，但废弃油气藏中大量存在的硫化物和普遍存在的微生物，会引发氢气的还原反应，造成氢气的显著损失，浪费资源，采出氢气的提纯工艺和设备还会增加成本；中国发明专利(CN108529124A)公开的方案中，是通过进行地质选型，管柱选材，腔体气密性检测、稳定性与密闭性分析评价等准备工作，将氢气储存于盐岩溶腔内，该方法可以预防盐穴溶腔储氢工作中可能发生的氢气泄漏、管柱器材氢脆化等问题，但盐穴溶腔对地质条件要求较高，必须存在巨厚盐丘地层才能进行溶腔操作。

可见，现有的地下储氢方式存在着氢气损失严重或受地质条件约束等问题；因此，亟需提供一种新的地下储氢方式以解决现有技术中所存在的上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种地下储氢装置、系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够降低由于生化反应造成的氢气损失，提高体积储氢效率，地质条件灵活且不受巨厚盐岩地层约束，具有显著的经济性和安全性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种地下储氢装置，包括储氢岩洞，所述储氢岩洞内用于储存氢气，所述储氢岩洞位于地下岩层；所述储氢岩洞的内壁上设置有密封衬砌层，所述密封衬砌层包括由内至外依次设置的密封内衬层和衬砌层，所述密封内衬层能够对所述储氢岩洞内的氢气进行密封，所述衬砌层位于所述密封内衬层与所述储氢岩洞的内壁之间，能够对所述密封内衬层进行固定。

优选的，所述储氢岩洞位于地下硬岩岩层，所述储氢岩洞的埋深在地下100米以下。

优选的，所述密封内衬层为钢内衬层，所述衬砌层包括由内至外依次设置的混凝土滑动层、钢筋混凝土层和喷浆混凝土层；其中，所述储氢岩洞内垫层气含量为氢气的20％-30％，所述垫层气为氮气。