塩洞貯蔵庫の構築過程においては、通常、注気と廃液排出を通じて溶存腔を使用可能な水素貯蔵空間に転換する必要があり、この段階の工業パラメータは塩洞の有効貯蔵容量および運転安全性に直接影響する。H₂を廃液排出媒体として使用することによるコストおよび安全リスクを低減し、構築段階で安定した緩衝層構造を形成するために、CH₄、N₂、CO₂を緩衝層ガスとして選択し、注気排卤段階におけるその流動挙動および塩洞の水素貯蔵性能への影響規則を研究した。米国ダンハム塩岩地域の地質パラメータに基づき、CMG-GEM数値シミュレーションプラットフォームを用いて塩洞の三次元モデルを構築し、排液速度、注気圧力、緩衝層ガスの種類等の重要因子を系統的に分析し、気体浸透時間、累積注気量、H₂有効貯蔵容量および緩衝層ガス比率を評価指標とした。シミュレーション結果は、排液速度が気体浸透挙動と有効貯蔵容量の主制御因子であることを示した。排液速度が40 m³/hから80 m³/hに増加すると、気体浸透時間は約34％早まり、有効水素貯蔵容量は約9％減少し、気水界面は全体的に緩やかな下降から井筒軸方向の円錐形状へと進化した。注気圧力を22 MPaから25 MPaに上げると、累積注気量は約13.6％増加するが、気体浸透発生時期には限定的な影響を与えるにとどまった。異なる緩衝層ガス条件では、CO₂は溶解度が高く界面張力が低いため廃液段階で気体浸透が起こりやすく、その緩衝層ガス比率は約45％に達する。一方、CH₄条件ではより高いH₂有効貯蔵容量が得られ、N₂は約37％の低い緩衝層ガス比率とより有利なH₂純度特性を示した。さらに、異なる塩洞形状は気体浸透挙動、累積注気量および有効貯蔵容量に顕著に影響するが、同一排液速度条件では各形状の排液速度変化に伴う一般的な規則は一致し、緩衝層ガス比率の変化は小さい。研究は、構築段階での合理的な緩衝層ガス選択と排液速度制御が気体浸透の発生遅延、塩洞の有効水素貯蔵容量および運転安全性向上に寄与し、塩洞水素貯蔵庫構築工法設計の基礎を提供することを示した。

塩洞水素貯蔵;注気排卤;緩衝層ガス;数値シミュレーション;気体浸透