Application of Steady-State Flow and Carrier Gas Methods for Determining Gas Permeability of Salt Rock

• Autorzy: Gajda Dawid

Identyfikatory

DOI

10.29227/IM-2025-01-39

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie metody przepływu stacjonarnego i gazu nośnego do określania przepuszczalności gazowej skały solnej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Decarbonization and switching into Renewable Energy Sources (RES) is causing constant increase of demand for large – scale energy storage capacities. It is necessary to mitigate fluctuations from green energy production, caused especially by unstable wind and solar plants, dependent on weather conditions. Salt caverns can serve as large – scale underground energy storage facilities for hydrogen or other compressed gases (methane, syngas, compressed air – CAES). That kind of storage caverns are in use in multiple locations worldwide for natural gas and CAES, and in a few – for hydrogen storage. Due to outstanding sealing properties of salt rock, this is so far the only well-known and utilized underground hydrogen storage technology. However, salt rock is subject to creep process, which may impact cavern stability, as well as gas permeability properties. This paper presents results of hydrogen permeability of salt rock sample from Polish salt mine, investigated with blend of 10% of hydrogen in methane, using hybrid Steady-State Flow/Carrier Gas setup. Gas permeability of salt was investigated before and after creep process, which decreased gas permeability coefficient of sample by four orders of magnitude for pure hydrogen (10-19 to 10-23 m2 ). Different methods in one hybrid setup were used for investigation of gas permeability. In addition, paper compares hydrogen permeability coefficients of salt rock and synthetic polymers.

PL

Dekarbonizacja i przejście na odnawialne źródła energii (OZE) powodują stały wzrost zapotrzebowania na wielkoskalowe magazyny energii. Konieczne jest łagodzenie wahań w produkcji energii odnawialnej, spowodowanych w szczególności niestabilnymi elektrowniami wiatrowymi i słonecznymi, zależnymi od warunków pogodowych. Kawerny solne mogą służyć jako wielkoskalowe podziemne magazyny energii dla wodoru lub innych gazów sprężonych (metan, gaz syntezowy, sprężone powietrze – CAES). Tego typu kawerny są wykorzystywane w wielu lokalizacjach na całym świecie do magazynowania gazu ziemnego i CAES, a w kilku – do magazynowania wodoru. Ze względu na wyjątkowe właściwości uszczelniające skały solnej, jest to jak dotąd jedyna dobrze znana i stosowana technologia podziemnego magazynowania wodoru. Jednakże skała solna podlega procesowi pełzania, który może wpływać na stabilność komory, a także na przepuszczalność gazu. W niniejszym artykule przedstawiono wyniki badań przepuszczalności wodoru próbki skały solnej z polskiej kopalni soli, badanej z mieszaniną 10% wodoru w metanie, z wykorzystaniem hybrydowego układu przepływowego ze stacjonarnym przepływem i gazem nośnym. Przepuszczalność gazu soli została zbadana przed i po procesie pełzania, co zmniejszyło współczynnik przepuszczalności gazu próbki o cztery rzędy wielkości dla czystego wodoru (z 10-19 do 10- 23 m²). Do badania przepuszczalności gazu zastosowano różne metody w jednym układzie hybrydowym. Ponadto, w artykule porównano współczynniki przepuszczalności wodoru dla soli kamiennej i polimerów syntetycznych.

Słowa kluczowe

EN

salt rock gas permeability; hydrogen storage; salt caverns; steady-state flow method; carrier gas method

PL

przepuszczalność gazu z soli kamiennej; magazynowanie wodoru; kawerny solne; metoda przepływu stacjonarnego; metoda gazu nośnego

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Przeróbki Kopalin
• Czasopismo: Inżynieria Mineralna
• Rocznik: 2025
• Tom: Vol. 1, no. 1
• Strony: 285--289
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Gajda Dawid

• Bureau of Economic Geology, Jackson School of Geosciences, University of Texas at Austin, 10100 Burnet, Bldg. 130, Austin, TX 78758-4445

Bibliografia

• 1. Panfilov M. 2015. Underground and pipeline hydrogen storage. Compendium of Hydrogen Energy. (Ed. R. B. Gupta). Elsevier, pages 92-116. DOI: 10.1016/B978-1-78242-362-1.00004-3
• 2. Crotogino F. et. al. 2010. Large-Scale Hydrogen Underground Storage for Securing Future Energy Supplies. Proceedings WHEC 2010, Germany, pages 37-45.
• 3. Gajda D., Lutynski M. 2024. Migracja wodoru z podziemnych magazynów mieszanin metanowo – wodorowych. Zagadnienia przepuszczalności i dyfuzji. Monography. Pub.: Silesian University of Technology, Gliwice, Poland. ISBN:978-83-7880-676-9
• 4. Andersson J., Gronkvist S. 2019. Large-scale storage of hydrogen. International Journal of Hydrogen Energy. Vol. 44, 23. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2019.03.063
• 5. Hevin G. 2019. Underground storage of Hydrogen in salt caverns. European Workshop on Underground Energy Storage. November 7th-8th 2019, Paris, France.
• 6. Crotogino F. et. al. 2017. Renewable energy storage in geological formations. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy. DOI: 10.1177/0957650917731181
• 7. Evans D.J., Chadawick R.A. 2009. Underground gas storage: Worldwide experiences and future development in the UK and Europe. The Geological Society, London 2009
• 8. Tarkowski R., Czapowski G. 2018. Salt domes in Poland – potential sites for hydrogen storage in caverns. International Journal of Hydrogen Energy. Vol. 43, 46. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2018.09.212
• 9. Khaledi K. et. al. 2016. Stability and serviceability of underground energy storage caverns in rock salt subjected to- mechanical cyclic loading. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. Vol. 86. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2016.04.010
• 10. Liu W. et. al. 2015. Permeability characteristics of mudstone cap rock and interlayers in bedded salt formations and tightness assessment for underground gas storage caverns. Engineering. Geology, Vol. 193, 2. DOI:10.1016/j.enggeo.2015.04.010
• 11. Lyu C. et. al. 2022. Mechanical characteristics and permeability evolution of salt rock under thermal-hydro-mechanical (THM) coupling condition. Engineering. Geology, Vol. 302, 5. DOI: 10.1016/j.enggeo.2022.106633
• 12. Stormont J.C. 1997. In situ gas permeability measurements to delineate damage in rock salt. International Journal of Rock Mechanics and Mining Science, Vol. 34, 7. DOI: 10.1016/S1365-1609(97)90199-4.
• 13. Peach C.J. 1991. Influence of deformation on the fluid transport properties of salt rocks. Ph.D. dissertation, University of Utrecht, Netherlands.
• 14. Stormont J.C., Daemen J.J.K. 1992. Laboratory study of gas permeability changes in rock salt during deformation. International Journal of Rock Mechanics and Mining Science, Vol. 29, 4. DOI: 10.1016/0148-9062(92)90510-7
• 15. Grgic D. et. al. 2022. Evolution of Gas Permeability of Rock Salt Under Different Loading Conditions and Implications on the Underground Hydrogen Storage in Salt Caverns. International Journal of Rock Mechanics and Rock Engineering, Vol. 55. DOI: 10.1007/s00603-021-02681-y
• 16. Gajda D., Lutynski M. 2021. Hydrogen Permeability of Epoxy Composites as Liners in Lined Rock Caverns—Experimental Study. Applied Sciences, Vol. 11, 9. DOI: 10.3390/app11093885
• 17. Gajda D. 2021. Epoxy Resin for Sealing the Underground Hydrogen Storage Reservoirs. Proceedings of the 5th International Conference on Energy Harvesting, Storage, and Transfer (EHST’21). May 21-23, 2021, DOI: 10.11159/ehst21.103

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2026).