储能被认为是21世纪能源供应链的关键要素。这主要是因为它能够显著提高光伏、风电等可再生能源的消纳水平，增强电网稳定性，提高能源系统的效率，它是推动主体能源由化石能源向可再生能源更替和支撑可再生能源高占比能源系统的关键技术。
目前我国主要储能技术是抽水蓄能，而压缩空气储能、飞轮储能、超导储能、超级电容以及各种电池等储能技术研发应用正在发展中。但是由于各种因素影响， 上述这些储能技术尚难以满足大容量长时间的储能需要。初步研究表明，地下储氢（Underground Hydrogen Storage-UHS）是解决大容量长期储能的有效途径。
从地质角度来看， 地下构造适合储存氢气，在剩余能源生产时，可以将剩余能源转化为氢气并作为能源载体将其储存在地下构造中， 然后在能源需求高峰时采出投入应用。
总体上，地下储氢技术目前还处在发展初级阶段，目前仅有几个小规模地下储氢工业设施在英国和美国运行。关于地下储氢技术研发和现场研究也仅在近十年得到欧美国家重视，其他国家很少关注。
地下储氢技术研究现状怎样？
自20世纪70年代以来，关于地下岩层可能储氢的估评已经出现在文献中，1979年美国天然气技术研究院发表了一项关于大量地下储存气态氢的研究报告， 证实其经济和技术上的可行性。从那时起，地下储氢经济估算就经常出现在文献中。根据Taylor等人(1986)，研究认为地下储存是储存大量气态氢最便宜的储氢方法。然而，很少有关于地质构造中储氢状态研究的科学研究论文发表。有些报告是关于储存纯氢的水动力方面的， 这些论文都倾向于得出这样的结论: 与天然气存储相比，氢存储不会带来新的重大问题。
1990年，首次发表了关于氢在地下储存中的异常的现场数据，这是关于在捷克Lobodice一个含水层中储存城镇煤气的数据。数据清楚地表明，在一个注入循环中，储存气体的成分发生了显著变化，认为因为是氢和CO2或CO的原位生成了甲烷。
对UHS研究的兴趣真正爆发始于2011年至2012年，这主要是受欧洲委员会的政策的影响，欧盟设定了雄心勃勃的气候保护目标，呼吁欧洲能源体系进行转型和脱碳。目标确定2020年温室气体(GHG)排放量减少20%，可再生能源在能源结构中占比20%的份额，一次能源消费减少20%。
2012年，欧盟启动了HyUnder（Hydrogen Underground Storage in Europe）研发项目，来自欧盟的法国、德国、荷兰、罗马尼亚、西班牙和英国等6个国家的12个项目伙伴参与研究，主要是评估欧洲大规模地下储氢的潜力、参与方和商业模式，项目还涉及工程和经济问题。2021年欧盟资助，Geostock Group牵头组织相关机构承担了为期两年HyStorIES（Hydrogen Storage in European Subsurface）项目，旨在探索在地下含水层或枯竭油气藏中储存纯氢的主要技术可行性。
目前，德国是开展地下储氢研究项目做多的国家，近十年中，开展了H2STORE、InSpEE、ANGUS、HyINTEGER、HyCAVmobil等项目，其中有些项目正在进行中。法国也是开展地下储氢研究较多的国家，先后启动了STOPIL H2、HyPSTER和HyGéo等项目；英国是开展地下盐穴储氢最早的国家，近年也启动地下储氢研究，如爱丁堡大学牵头的HyStorPor项目；另外其他欧盟国家（如荷兰、丹麦、奥地利）也开展了地下储氢研究。
美国是目前运行地下盐穴储氢设施最多的国家，在得克萨斯州有3个盐穴储氢库。最近美国启动了SHASTA、GeoH₂研究项目，目前正在执行中。
目前尚未见到其他国家有开展地下储氢研究项目的公开报道。中国地下储氢方面研究正在起步，目前仅见有几篇论文公开发表，还未见有研究和现场试验项目的公开报道。这种研究兴趣显然与新能源战略有关，新能源战略迫使企业和实验室提高可再生能源的效率，并寻找有效的能源储存方法。
但是总体上，地下储氢技术仍然处在发展的初级阶段，这一领域也仅在近十年得到欧美等发达国家重视，其他国家目前还很少关注。地下储氢目前还不是而且在未来的几年仍然不是一种可行的、技术上成熟的储能方式。
在大规模工业应用地下储氢技术之前， 必须突破地质、技术、经济、法律和社会方面的障碍。这些问题的复杂性以及缺乏足够的应用实践，因此可能还需要进行较长的研究， 进一步开展地下储氢研究和示范项目以评估潜在的危害并拟订减少危害的计划是必要的。
地下储氢具备经济性优势，仅需较低开发成本即可实现氢气的大规模存储，是实现氢能大容量长期储存的有效途径。
基于不同技术路径的地下储氢实施方案
盐穴
盐穴的存储容量通常较小，但是可在一年时间内多轮注入、采出，进而发挥灵活的跨期调节作用。目前包括传统储氢盐穴、演示储氢的盐穴商业设施、现有或退役的天然气储存洞穴相邻的储氢的盐洞穴，混合氢合物的天然气储存盐穴等。
国内关于地下盐穴储氢的研究还处于起步阶段。在我国的江苏金坛，拥有大规模的盐层与盐穴资源，重庆大学与岩土所合作进行了相关研究，该研究结合以风能为代表的可再生能源发电，将过剩电量进行大规模存储。通过对我国江苏金坛地域的层状盐岩进行研究，从地质存储性、稳定性、岩洞致密性等方面对其作为UHS潜在选址的可行性进行分析与评估，尝试发展可再生能源发电与地下氢储能耦合这一技术路径。
以上例子证明了在盐穴中储存氢气的可行性。然而，合适的盐洞的可用性是有限的，盐洞需要在许多领域进行进一步的研究，包括评估盐穴的完整性。此外，受制于快速循环，电解产生的氢气将需要更高的储存灵活性，这使得盐穴成为IEA目前所关注的主要方向。
枯竭的天然气藏
枯竭的天然气储层占世界天然气总储存容量的76%，气田体积大于盐穴，地理分布更广。
项目：目前没有商业设施可以在多孔岩石中储存纯氢。但是，存在氢气占比超过百分之50的混合天然气地下储存项目，以下是相关的项目信息：
此外，在爱尔兰，Green Hydrogen Kinsale项目对枯竭气田的储氢潜力进行了专有评估。在意大利，Snam进行了一系列测试，确认了在其枯竭的气田中储存氢气的可能性，并评估了100%浓度氢气储存影响的测试。
然而，氢气的储存比天然气更难，这是因为其具有更高的压缩系数、扩散系数、较低的粘度和反应性，所以在储氢方面的运用仍然具有挑战。由于气田的多孔性，枯竭的天然气田不能提供大规模的短期灵活性，每年只能运行数个周期。因此，它们可以在管理供求的季节性波动和加强供应安全方面发挥重要作用。
含水层
含水层约占现有地下天然气储存能力的11%。含水层的地质类似于枯竭的天然气田。它们都是多孔沉积岩结构，但含水层含有水而不是天然气，并且必须覆盖不可渗透的盖层岩石将气体保持在地下。含水层可以通过高压下注入气体转化为储气，其中水和岩石覆盖层都作为安全壳。
项目：没有正在运行的商业含水层储存氢气，且含水层中的纯氢储存尚未经过测试。但是有一些相类似的项目也值得列出，在20世纪70年代，在Lobodice（捷克共和国），Engelbostel和Ketzin（德国）和Beynes（法国），使用了盐水含水层来储存城镇天然气。RINGS（向存储设施中注入新气体的研究）项目正在分析向法国teréga含水层中注入的天然气流中添加氢气和生物甲烷的影响。
与枯竭气田不同，枯竭气田因最初充满气体而已知是紧密的，含水层并非四面都紧密，需要进行广泛的地质调查以确定是否存在气体逸出的隐患。含水层作为天然气储存的方案通常需要更多的缓冲气体，在注入和抽取气体方面同样不具备灵活调节的作用。
衬砌的硬岩洞
衬砌的硬岩洞用于储存天然气液体（丙烷，丁烷）和原油，此外，坚硬的岩洞也可以用来储存氢气。以下是一些相关示范项目的信息：
瑞典：2022年6月，SSAB、LKAC和Vattenfall在瑞典为HYBRIT示范设施(100m3)揭幕，将氢气储存在衬砌的硬岩洞穴中。这是同类产品中的第一个，预计将2024年运行，总资金为3.31亿瑞典克朗（3300万美元）。之后，可以建造约100000立方米(60gwhH2)的综合设施。
韩国：2004年在韩国展示了使用硬岩洞储存液化天然气的可能性。
瑞典的项目证明了氢气衬砌硬岩洞用于天然气储存的可行性，但是压缩气体还需要类似于地上储氢罐的安全壳和绝缘系统。
全球竞相开发氢储存能力
据Oil Price网站2022年12月23日报道，在全球范围内，能源公司和政府都在竞相开发提高氢储存能力，以提高能源安全，减少对天然气的依赖。随着对氢储存技术研发投资的增加，世界大国正在开发更好的氢存储解决方案，就像使用天然气那样方便，以支持开创氢能应用新格局。
根据氢的使用方式差异，其有着不同适合的储存方式。氢既能保存在气态或液态容器中，也能保存在地下地层中，或是保存在氢载体等材料中。作为国家清洁氢战略和路线图的一部分，美国能源部讨论了增加氢储存的潜力和氢储存的替代方法，以确定长期储存氢的最佳方案。
在美国，已经有商业化储罐和液体杜瓦瓶在使用，主要用于能源站点和加油站。由于大量液态氢被用于航空航天，佛罗里达州的肯尼迪航天中心有一个储存125万加仑液态氢的容器。目前美国有3个大型地质储氢穴供石化工业使用。美国能源部的路线图确定了美国最适合开发大型储氢洞穴的一些地区，包括氢气和碳捕集与储存(CCS)业务中的碳。
美国能源部强调，氢储存是推进氢和燃料电池技术用于固定电源、便携式电源和交通运输的关键。由于环境温度密度低，氢的单位体积能量低，需要特殊的存储形式。用来储存氢气的储罐必须承受350~700巴的高压强。液态氢需要储存在低温下，因为它的沸点为- 252.8°C。美国氢与燃料电池技术办公室(HFTO)旨在开发氢存储选项，以满足能源部轻型车辆、物料搬运设备和便携式电源应用的氢存储目标。
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