地下巖層可以以多種方式儲存能量。雖然化學能源儲存（例如地下甲烷儲存）可能是最廣泛的方法，但能源也可以作為潛在的機械能（例如通過壓縮空氣儲存）或熱能儲存，以供未來使用。地下能源儲存地質技術的兩個不同亞科包含：地下熱能儲存和地下機械能源儲存，這兩者都利用了地熱工業的發展。地下熱能儲存由熱源熱源組成；以電到熱的形式儲存電力；或儲存冷的。地下熱能儲存可直接用于地區供暖應用，但也可用于長時間供電，這種技術也被稱為地熱電池儲能技術或卡諾電池儲能。

 

地下熱能儲存裝置包括多種類型的地下儲存裝置：封閉系統，如鉆孔熱能儲存，鉆孔區域在表面以下約250米處儲存熱量；和開放的系統，如含水層的熱能存儲（ATES）淺含水層（小于30°C，地下小于400m），深層含水層和水庫（以上90°C，深于1 000 m），現有濾水井和漂流礦井儲能。

水庫可以進入不適合飲用的鹽水含水層，或在沉積油井中，熱量可以儲存在熱堆形成。之后，儲存的熱量可以被回收用于發電或直接加熱，就像目前在荷蘭廣泛使用的地區供暖應用一樣。目前正在進行地下熱能儲存的示范項目展示了代爾夫特（NL）和柏林（DE）含水層儲熱、達姆施塔特（DE）和（CZ）鉆孔儲熱層以及波鴻（DE）和康沃爾（英國）的儲熱。地下熱能儲存很有趣，因為它的儲存容量大和相對地下空間要求小。

 

利用多余的電力將水泵入由水力壓裂產生的地下水庫，機械地下儲能（或地質力學抽水蓄能是一種更創新的地下儲能形式，基于最近的改進。該過程將能量以彈性勢能的形式儲存在儲層中，直到它需要恢復為止。當脫水時，水被釋放來驅動渦輪機發電這種方法可以集成到或與地熱發電廠，利用來自周圍巖層的熱量和儲存來自地下壓力的勢能，將其定位為地熱能源技術項目的一個評估條件。

 

這些形式的儲能裝置的技術特點是什么？

除了已經商業化用于相對較淺深度的技術外，更深的地下熱能儲存技術（特別是地質機械泵能儲存e）也有前景，但其潛力、效率、成本和環境影響尚不確定，因為這些因素在項目之間可能顯著不同。

 

地下熱能儲存

效率取決于儲層的性能，如孔隙率、滲透率和不滲透密封層的存在，以減少熱損失，估計范圍從30%到90%以上。儲層深度的關鍵，更深的井意味著更高的鉆井和抽水成本。一個1 500米深的存儲設施的成本成本將高出近50%比500米的設施要多，而且至少需要5倍的電力來抽水。

然而，在1 500 m時，比較淺的儲層的熱損失可以減少更多，因此需要進行適當的靈敏度分析才能更好地定量。枯竭的油井是首選的地點，但其他地質構造也可能很合適。

 

存儲時間因項目和試點而異：例如，加州的一個項目旨在將200°C產生的太陽熱量存儲到1 000小時。在大型含水層中，地下水結構是非常具有成本效益的存儲系統，并且具有相當大的容量（季節性持續時間是可行的），盡管需要許多測試來評估水庫的質量。

 

盡管利用現有的石油結構和知識可以降低開支，但成本仍有待大規模證明。盡管不確定性仍然存在（而且它們高度依賴于所使用的假設），但初步估計表明，資本成本必須下降30-50%，才能與抽水水力儲存的平均資本成本競爭（承認不同項目的資本成本差異很大）。

 

機械地下儲能

美國在德克薩斯州的試點項目顯示，往返效率為70-75%，存儲時間最高可達10小時，與長時間電池（通常約8小時）和小型抽水水力蓄能器的存儲容量相當。與地下熱能儲存一樣，機械地下儲能系統可以利用廢棄的油井，通過地下地熱活動注入和加熱水來發電和/或熱量。

然而，成本仍然不確定，可能在很大程度上依賴于干燥和抽水費用。如果可以從石油和天然氣活動中獲得顯著的學習，就可以實現相當大的成本降低。諸如地震活動、地下水污染、水過度使用和棲息地影響等潛在風險需要進一步研究。為了開發這些技術，并將對生態系統和公共衛生的風險降至最低。