能源部门的脱碳需要增加可再生能源的发电量。然而，增加可再生能源发电带来了一些挑战，比如生产和需求之间的不匹配。由于日照差异和天气趋势，可再生能源的产量随季节和年变化而变化，这意味着可能会有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的副研究学者佩雷拉(Amarasinghage T. Perera)说，季节性供暖和制冷——通常是家庭中最大的能源支出——通常与可再生能源发电模式不一致。例如，冬季的供暖需求较高，但夏季的可再生能源发电量更多。他补充说，在这种情况下，在夏季储存额外的能量以满足冬季的供暖需求是很重要的。这就解释了为什么需要长期的能源储存来支持可再生能源技术。
根据最近发表在《科学》杂志上的一项研究，地下水具有储存急需的可再生能源的潜力。参与这项研究的佩雷拉说，这种方法被称为含水层热能储存(ATES)，它利用天然存在的地下水或含水层来长期储存热能，这些热能可以用来辅助建筑物的加热和冷却。
在ATES系统中，有两口井连接到同一个地下水库。在夏季，寒冷的地下水被抽上来提供冷却，在地表加热，然后储存起来。在冬季，情况正好相反——温暖的地下水被抽上来提供供暖，在地表冷却，然后储存起来。这种循环按季节重复。
能源储存通常与运输部门脱碳有关，通过用电池和氢储存支持的车辆取代内燃机车辆。然而，对于电网储能，在电池中存储电荷所需的材料具有很高的能量成本，而储氢会导致显著的能量损失。佩雷拉说，更多的研究资金可以帮助确定热能储存技术的更广泛潜力。
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没有参与这项研究，他说:“与传统的地下水热泵相比，提取之前注入地下的加热或冷却地下水可以更有效地运作。”ATES系统还可以储存来自工业过程、热电联产电厂或太阳能热能的多余热量。他补充说，总的来说，它有助于弥合热能需求和可用性之间的季节性不匹配。
Stemmle说，长期季节性储存和需求驱动的利用以前未使用的热源，如废热或过剩的太阳能，可以促进供暖和制冷部门的脱碳，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带来的可再生能源需求和发电的波动。它可以防止在炎热或寒冷的月份给电网带来额外的负担，从而使城市能源基础设施更具弹性。
由于主要的地下水盆地和复杂的水文结构等许多地区都有大量的地下水可用，因此ATES具有非常高的储存能力。Stemmle说，这使得ATES应用于区域供热和制冷或高能耗的大型建筑综合体。他补充说，与传统的加热和冷却方式(如燃气锅炉和压缩冷却器)相比，它可以显著减少化石燃料的使用。
目前，仅在荷兰就有3000多个ATES系统。在瑞典、丹麦和比利时也发现了一些。它们在美国还没有被广泛使用，但将ATES加入电网可以减少高达40%的石油产品消费。
Stemmle说，为了增加ATES的部署，政策制定者可以支持为ATES系统和相关技术(如热泵和供热网)提供资金的项目。他还强调了减少市场壁垒的重要性，这可以通过建立一个简单而迅速的许可程序和管理运输运输系统业务的统一管理框架来实现。这种热储能系统的部署可以帮助实现未来更适应气候变化的电网。
