含水层储能系统（，）是一项将热能储存在地表下以及回收的节能技术。ATES被广泛应用在建筑物来提供加热和冷却的能源，通过地下水井从含水土层抽取和灌入地下水，实现储存和回收热能。ATES系统通常以季节性模式运作。地下水在夏季被抽取，使用热交换器将热量从建筑物转移到地下水，从而达到制冷的目的。随后，加热的地下水被注回到含水土层，形成了一个“地下热水库”。在冬季流向相反，加热的地下水被提取用于加热（通常与热泵联合运转）。因此，使用ATES系统将能量临时储存在地表下，可以缓解季节性变化的加热和冷却需求。在取代传统的依赖化石燃料加热和冷却系统的时候，ATES作为一种经济有效的技术可以减少建筑物的主要能源消耗和相应的二氧化碳排放。
在2009年丹麦哥本哈根举行的联合国气候变化大会里，世界上很多国家和地区都制定了关于保护全球气候变化的目标。欧盟同样也制定了自己关于减少温室气体排放，增加使用可持续发展能源和提高能源利用率的目标。由于ATES在帮助实现这些目标里是可以提供极大的贡献，因为大概40%左右的全球能量消耗是被用在建筑物里来供暖或者供冷，所以ATES被关注得越来越多，而ATES的数量也有了极大的增加，尤其是在欧洲。例如在荷兰，有报告预测在2020年的时候，ATES的数量会上升到差不多20,000。而这个数量的ATES系统可以帮助减少荷兰11%左右的总二氧化碳排放量。除了荷兰，比利时，德国，土耳其和瑞典等其他国家也有意增加ATES的应用。
系统类型
基本上，ATES系统由两个井组成（叫做双井式储能系统）。一个井用于储存热能量，另一个用于储存冷能量。在冬季，（热的）地下水从热井中抽取出来，灌入冷井中。在夏季流向相反，（冷的）地下水从冷井中抽取出来，灌入热井中。因为每个井都被用作抽取和灌入井，所以这个系统被叫做双向系统。还有一种单向系统，这种系统不切换泵送方向，因此被抽出的地下水的温度保持和普遍含水层的温度一致。虽然热能被储存在地表下，通常这些储存在含水层里的能源并没有被特意提取。
热能储存也可以通过，在地埋管换热器中循环一种流体来实现。这种系统通常由一个水平或垂直管道组成。由于这些系统不抽取或灌入地下水，和地下水层没有水的交换过程，所以它们被称为封闭系统，又被称为Borehole Thermal Energy Storage（BTES）或循环地源热泵系统。另外一种使用地下热能提供能量的应用叫做地熱能生产，它通常使用地下更深处的温度更高的地热。
发展历史
在20世纪60年代，中国首次提出将热能储存在含水层中。之后大量的地下水被提取，用于提供工业设施的冷却。这也导致了大量的地面沉降。为了抑制地面沉降，冷的地表水被注如回到含水层。之后的观察发现，所存储的水在被灌入之后仍保持低温，可以用于工业冷却。含水层中的热能储存，在20世纪70年代被进一步的研究，大量的野外实验和可行性的研究在法国，瑞士，美国和日本开展。尽管ATES系统在全世界的数量和大小并没有正式的统计信息，荷兰和瑞士被普遍认识处于领导地位，尤其是在在其市场应用方面。同年，有2740 个ATES系统在荷兰建设，大约提供1103万千瓦的总容量。
典型特征
应用在商业、办公等大楼里的ATES系统中, 普遍使用的抽、灌井流量大概在20-150立方时。一年中，每口井的地下水存储和回收的总额在10000到150000立方米之间。ATES应用的深度通常在地表下20到200米之间。这个深度的温度非常接近年平均地表温度。在温和气候地区，地表温度大约10摄氏度。在这些地区中，冷井大约在5到10摄氏度，热井大约在10到20摄氏度。也有少量的工程项目报道，热量被存储在80摄氏度以上。
水文地质限制
通过使用ATES节约能源，很大程度上依赖于建设地点的地质。最重要的是，ATES需要一个合适的含水层，能够接收并产生水。因此，通常选择厚的（>10米）沙质含水层。在储存过程中，天然地下水流可以输送（一部分的）井捕获区之外的存储能量。为了减少对流热量损失，具有低水力梯度的含水层是首选。另外，需要避免将ATES应用在拥有不同地质化学条件的土层里。因为由于ATES的运行， 这些在不同地址化学条件土层里的地下水会混合在一起，某些氧化还原反映可能会进行，从而有可能会使双井堵塞，最终导致ATES运行效率的降低和维护维修费用的上升。
法律规范
对于浅层地热装置（。对于将来可持续城市发展，ATES-ENA结合技术可以为同时解决能源和环境问题带来贡献。
參考文献
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