Stability analysis of salt caverns in stratified formations for long-term hydrogen storage: influence of interlayers

Abstract

[Abstract]: The environmental problems associated to the use of fossil fuels, as well as the limited availability of these energy resources, make it necessary to modify the current energy system, replacing the fossil fuels with sustainable alternatives. However, the use of renewable energy sources has a marked intermittent nature, and it is therefore necessary to develop storage methods to compensate this variable nature. Green hydrogen, that is produced from renewable energy, is a promising solution. It makes possible to reduce the carbon emissions associated with fossil fuels, and offers a viable solution for storing energy during periods of high production and releasing that energy when needed. In this way, hydrogen is a very attractive option to achieve an energy transition to a more sustainable system. Among the different types of existing storage, the use of salt caverns presents a series of technical and economic benefits that position it as one of the most attractive options for carrying out green hydrogen storage. Conducting studies to analyse the behaviour of salt caverns is of great relevance. Thus, it is necessary to study the storage of green hydrogen in salt caverns, analysing the iteration of these caverns with solid strata intercalated in the salt. To achieve these objectives, a numerical model has been implemented, which allows for the analysis of the effect of the presence of rigid strata intercalated between the salts on the stresses and deformations existing in the caverns.[Resumen]: Los problemas medioambientales derivados del uso de combustibles fósiles, así como la propia escasez de estos recursos energéticos, hacen notable la necesidad de modificar el sistema energético actual, reemplazando los combustibles fósiles por alternativas sostenibles. Sin embargo, el uso de fuentes de energía renovables tiene un marcado carácter intermitente, por lo que es necesario desarrollar métodos de almacenamiento que permitan compensar esta naturaleza variable. El hidrógeno verde, que se produce a partir de energías renovables, se presenta como una solución prometedora para reducir las emisiones de carbono asociadas a los combustibles fósiles. Ofrece una solución viable para almacenar energía en períodos de alta producción, para posteriormente liberar dicha energía en caso de ser necesario. Así, el hidrógeno supone una muy buena opción para lograr una transición energética a un sistema más sostenible. Entre los distintos tipos de almacenamiento existentes, el uso de cavernas salinas presenta una serie de beneficios técnicos y económicos que lo posicionan como una de las opciones más atractivas para llevar a cabo el almacenamiento de hidrógeno verde. Realizar estudios en los que se analice el comportamiento de las cavernas salinas es de gran relevancia. De esta forma surge la necesidad de estudiar el almacenamiento de hidrógeno verde en cavernas salinas analizando la iteración de las mismas con estratos sólidos intercalados en la sal. Para lograr estos objetivos, se ha implementado un modelo numérico que permite analizar el efecto de la presencia de estratos rígidos intercalados entre las sales en las tensiones y deformaciones existentes en las cavernas.[Resumo]: Os problemas medioambientais derivados do uso de combustibles fósiles, así como a propia escaseza destes recursos enerxéticos, fan notable a necesidade de modificar o sistema enerxético actual, substituíndo os combustibles fósiles por alternativas sostibles. Con todo, o uso de fontes de enerxía renovables ten un marcado carácter intermitente, polo que é necesario desenvolver métodos de almacenamento que permitan compensar esta natureza variable. O hidróxeno verde, que se produce a partir de enerxías renovables, preséntase como unha solución prometedora para reducir as emisións de carbono asociadas aos combustibles fósiles. Ofrece unha solución viable para almacenar enerxía en períodos de alta produción, para posteriormente liberar dita enerxía en caso de ser necesario. Así, o hidróxeno supón unha moi boa opción para lograr unha transición enerxética a un sistema máis sostible. Entre os distintos tipos de almacenamento existentes, o uso de cavernas salinas presenta unha serie de beneficios técnicos e económicos que o posicionan como unha das opcións máis atractivas para levar a cabo o almacenamento de hidróxeno verde. Realizar estudos nos que se analice o comportamento das cavernas salinas é de gran relevancia. De esta forma xorde a necesidade de estudar o almacenamento de hidróxeno verde en cavernas salinas analizando a iteración das mesmas con estratos sólidos intercalados no sal. Para lograr estes obxectivos, implementouse un modelo numérico que permite analizar o efecto da presenza de estratos ríxidos intercalados entre os sales nas tensións e deformacións existentes nas cavernas.