长期储能预计将在建筑能源部门的详细脱碳中发挥重要作用，同时提高建筑应对未来气候波动的适应性。家庭和企业的供暖和制冷消耗量约占世界能源需求的12%。

根据一项新的研究，使用地下水来维持可接受的温度可以使美国该行业的天然气和电力使用量减少40%。

这种被称为含水层热能储存（ATES）的方法也有助于防止极端天气事件期间因电力需求过大而导致的停电。

第一作者A.T.DPerera曾是劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）的博士后研究员，现就职于普林斯顿大学安德林格能源与环境中心，“我们需要储能来吸收太阳能和风能的波动能量，大多数人对电池和其他类型的储能感兴趣。但我们想知道是否有机会使用地热储能，因为供暖和制冷是建筑能源需求的主要部分。”

Perera说：“我们发现，有了ATES，可以储存大量的能源，而且可以储存很长一段时间。因此，可以满足极端炎热或寒冷时期的供暖和制冷能源需求，而不会给电网增加额外负担，使城市能源基础设施更有弹性。”

这项发表在《应用能源》杂志上的研究首次探讨了ATES如何通过储存间歇性可再生能源来帮助实现美国能源系统脱碳的更大目标，以便在太阳不亮、涡轮机不转的时候使用。

在对能源系统进行了全面的技术和经济模拟后，作者发现，ATES是一种令人信服的加热和冷却储能选择，当与电池等其他技术相结合时，可以帮助我们结束对化石燃料备用电力的依赖，并实现完全可再生的电网。

含水层热能储存（ATES）是一种用于温度调节的零碳选择，它将能量储存在天然存在的地下水中，然后可以用来加热和冷却建筑物。

这是一个利用水的吸热财产和地球自然地质特征的基本理念。从现有的地下水库抽水，并在夏天使用环境热或多余的太阳能或一年中的任何时候使用风能在地表加热。然后他们颠倒了这个过程。

合著者、伯克利实验室能源地球科学部副主任、弹性能源、水和基础设施领域负责人PeterNico表示，“它保持相当热，因为地球是一个很好的绝缘体。所以，当你在冬天把它拉上来的时候，几个月后，水比周围的空气热得多，你可以用它来加热你的建筑。反之亦然，你可以把水拉上来让它冷却，然后你可以把它放回原处储存，直到你在炎热的夏天需要冷却。这是一种储存能量的方法。”gy表示地下温度。”

它尚未在美国广泛使用。然而，它在其他地方越来越受欢迎，尤其是在荷兰。一个显著的优势是，这些系统从季节性的温度波动中获得“免费”热能，可以通过电力提供的人工加热和冷却来补充。因此，它们在季节变化较大的地方发挥得最好。然而，它们有潜力在任何有风或太阳能连接的地方工作。

ATES系统旨在防止影响重要的饮用水资源，并且不会将任何化学物质引入水中。所用的水来自比饮用水供应更深的含水层，不包括任何化学物质。

研究人员根据芝加哥一个社区的计算模型创建了一个案例研究，以估计ATES可以在美国电网上节省多少能源，以及实施成本。

这个虚拟社区由58栋两层独栋房屋结构组成，配有标准的住宅供暖和制冷系统，这些结构与具有各种可能能源和存储选择的能源网络模拟相关联，包括ATES。

未来的气候预测被用来确定该社区目前的总体能源预算中有多少被供暖和制冷需求所消耗，以及这在未来可能会发生什么变化。

最后，开发了该社区的微电网模拟，其中包括可再生能源技术和ATES，以评估技术经济可行性和气候适应性。这些方面只能结合该团队在能源地球科学、气候科学和建筑科学方面的丰富知识组合成一个单一的模型。

根据研究结果，将ATES添加到电网中可能会减少多达40%的石油使用量。然而，它的成本将比现有的储能系统高15-20%。

Perera说：“但另一方面，储能技术大幅降低了成本。经过几年的ATES开发，我们很容易实现收支平衡。这就是为什么我们开始投资于这项研究并开始构建真实世界的原型系统非常重要。”

合著者、建筑技术与城市系统部高级科学家洪天珍补充道，“与基于地面水箱的储水或储冰系统相比，ATES不需要空间。与依赖与地下土壤传热的传统地热热泵系统相比，它也更高效，可以扩大规模，用于大型社区制冷或供暖。”

尼科说，ATES的另一个显著好处是，随着气候变化导致未来几年天气变得更加极端，它将变得更加高效。世界领先的气候模型预测的更热的夏天和更严酷的冬天将有很多不利因素。然而，有一个好处是，它们可以使储存在ATES中的可获取热能增压。它在做柠檬水。如果你有这些极端高温事件，你应该储存一些热量，以备发生极端低温事件时使用.

他说：“这是一件非常现实的事情，这项工作实际上是为了展示它的价值以及如何抵消成本。这项技术已经准备好了。我们只需要做它。”

当气候变化导致更多极端天气时，它将变得更加高效，使未来的电网更能抵御热浪期间电力需求增加造成的中断。

能源部地热技术部门资助了这项研究，以证明ATES驱动的冷却的有用性，这种冷却不需要空间，可以扩大规模，用于大型社区的冷却或供暖。