能源行业的脱碳需要增加可再生能源发电。然而，增加可再生能源发电 会带来 一些挑战，例如生产与需求之间的不匹配。由于日照差异和天气趋势，可再生能源的输出 会随季节和年份而变化，这意味着可能会出现发电过剩和发电不足的时期。
普林斯顿大学安德林格能源与环境中心副研究员 Amarasinghage T. Perera 表示，季节性供暖和制冷——通常是家庭 最大的 能源开销——与可再生能源发电模式并不总是同步的。例如，冬季供暖需求较高，而夏季可再生能源发电量却更高。他补充说，在这种情况下，在夏季储存额外的能源以满足冬季供暖需求非常重要。这解释了为什么需要长期储能来支持可再生能源技术。
根据发表在《应用能源》(Applied Energy) 上的 最新研究，地下水在储存急需的可再生能源方面具有潜力。Perera 表示，这种被称为含水层热能储存 (ATES) 的方法，利用天然的地下水或含水层来长期储存热能，可用于辅助建筑物的供暖和制冷，他参与了这项研究。
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在 ATES 系统中，有两个井连接到同一个地下水库。在夏季，抽取冷地下水用于制冷，在地面上加热，然后储存起来。在冬季，情况则相反——抽取暖地下水用于供暖，在地面上冷却，然后储存起来。这个循环会季节性重复。
储能通常 被讨论 与通过用电池和氢能储存支持的车辆取代内燃机汽车来实现交通运输行业的脱碳。然而，对于电网储能，用于在电池中储存电荷的材料 能耗很高，而氢能储存 会导致 显著的能量损失。Perera 表示，更多的研究资金有助于识别热能储存技术的更广泛潜力。
“与传统的地下水热泵相比，抽取先前注入地下的加热或冷却地下水可以实现更高效的运行，”德国卡尔斯鲁厄理工学院 (KIT) 应用地球科学研究所的研究员 Ruben Stemmle 表示，他没有参与这项研究。ATES 系统还可以储存工业过程、热电联产厂或太阳能热能产生的过剩热量。他补充说，总的来说，它有助于弥合热能供需之间的季节性不匹配。
Stemmle 表示，长期季节性储存和对之前未使用的热源（如废热或过剩的太阳能热能）的需求驱动利用，可以促进供暖和制冷行业的脱碳，并减少一次能源消耗。
根据这项研究，ATES 可以 提高 能源系统的灵活性，使其能够承受未来气候变化引起的能源需求和发电量的波动。通过防止在寒冷或炎热月份给电网带来额外负担，它可以使城市能源基础设施更具弹性。
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由于 许多地区 拥有大量地下水，如主要的地下水盆地和复杂的水文结构，ATES 具有非常高的储存容量。Stemmle 表示，这使得 ATES 可以应用于需要高能量需求的区域供暖和制冷或大型建筑群。与传统的供暖和制冷方式（如燃气锅炉和压缩式制冷机）相比，它可以显著减少化石燃料的使用。
目前，仅在荷兰就有 超过 3,000 个 ATES 系统。在瑞典、丹麦和比利时 也发现 了其中一些。它们在美国的普及程度还不高，但将 ATES 纳入电网可以将石油产品消耗 减少高达 40%。
Stemmle 表示，为了增加 ATES 的部署，政策制定者可以支持 ATES 系统和相关技术（如热泵和供暖管网）的资助计划。他还强调了减少市场壁垒的重要性，这可以通过建立简单快捷的审批程序和统一的 ATES 运营监管框架来实现。部署此类热能储存系统有助于实现一个更具气候变化韧性的未来电网。
