Im Bauprozess eines Wasserstoff-Salzbergwerkslagers ist es üblich, durch Gasinjektion und Soleverdrängung die gelösten Hohlräume in nutzbaren Wasserstoffspeicherraum umzuwandeln. Die Prozessparameter in dieser Phase beeinflussen direkt das effektive Speichervolumen des Salzbergwerks und die Betriebssicherheit. Zur Reduzierung der mit der Verwendung von Wasserstoff (H₂) als Soleverdrängungsmedium verbundenen Kosten und Sicherheitsrisiken sowie zur Bildung einer stabilen Zwischenschicht während der Bauphase wurden Methan (CH₄), Stickstoff (N₂) und Kohlendioxid (CO₂) als Zwischenschichtgase ausgewählt, um deren Strömungsverhalten bei der Gasinjektion und Soleverdrängung sowie deren Einfluss auf die Wasserstoffspeicherleistung zu untersuchen. Basierend auf den geologischen Parametern des Dunham-Salzgebiets in den USA wurde mit der numerischen Simulationsplattform CMG-GEM ein 3D-Modell der Salzlagerstätte erstellt, um Schlüsselfaktoren wie Verdrängungsgeschwindigkeit, Injektionsdruck und Zwischenschichtgastyp systematisch zu analysieren. Bewertungskennzahlen waren Gasdurchbruchszeit, akkumulierte Gasinjektionsmenge, effektives H₂-Speichervolumen und Anteil des Zwischenschichtgases. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die Verdrängungsgeschwindigkeit der Hauptfaktor zur Kontrolle des Gasdurchbruchsverhaltens und des effektiven Speichervolumens ist. Wenn die Verdrängungsgeschwindigkeit von 40 m³/h auf 80 m³/h erhöht wird, verkürzt sich die Gasdurchbruchszeit um ca. 34 %, die effektive Wasserstoffspeicherkapazität sinkt um ca. 9 % und die Gas-Wasser-Grenzfläche entwickelt sich von einem insgesamt gleichmäßigen Abfall zu einer konischen Form entlang der Bohrlochachse. Eine Erhöhung des Injektionsdrucks von 22 MPa auf 25 MPa kann die akkumulierte Gasinjektionsmenge um ca. 13,6 % erhöhen, hat jedoch begrenzten Einfluss auf den Zeitpunkt des Gasdurchbruchs. Unter verschiedenen Bedingungen des Zwischenschichtgases neigt CO₂ aufgrund seiner hohen Löslichkeit und reduzierten Grenzflächenspannung eher zum Gasdurchbruch während der Verdrängungsphase, wobei sein Anteil am Zwischenschichtgas bis zu ca. 45 % betragen kann; unter CH₄-Bedingungen wird eine höhere effektive H₂-Kapazität erreicht; N₂ zeigt einen relativ niedrigen Anteil am Zwischenschichtgas (ca. 37 %) und günstige H₂-Reinigungseigenschaften. Darüber hinaus haben unterschiedliche Salzlagerstättenformen signifikanten Einfluss auf das Gasdurchbruchsverhalten, die akkumulierte Gasinjektionsmenge und das effektive Speichervolumen, wobei unter gleichen Verdrängungsgeschwindigkeiten die allgemeinen Muster der Verdrängungsgeschwindigkeitsänderungen für die verschiedenen Lagerstättenformen übereinstimmen und die Änderung des Zwischenschichtgasanteils gering ist. Die Studie zeigt, dass die vernünftige Auswahl des Zwischenschichtgases und die Kontrolle der Verdrängungsgeschwindigkeit in der Bauphase helfen, den Gasdurchbruch zu verzögern, die effektive Wasserstoffspeicherkapazität der Salzlagerstätte zu erhöhen und die Betriebssicherheit zu verbessern, was als Grundlage für die Prozessgestaltung bei der Errichtung von Wasserstofflagern in Salzbergwerken dienen kann.

Wasserstoffspeicherung in Salzlagerstätten; Gasinjektion und Soleverdrängung; Zwischenschichtgas; numerische Simulation; Gasdurchbruch