Przejście od paliw kopalnych do odnawialnych źródeł energii, takich jak wiatr i słońce, wymaga lepszych sposobów przechowywania energii do wykorzystania, gdy słońce nie świeci lub wiatr nie wieje. Nowe badania przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu Pensylwanii wykazały, że wykorzystanie naturalnego ciepła geotermalnego w wyczerpanych odwiertach naftowych i gazowych może zwiększyć efektywność jednego z proponowanych rozwiązań do przechowywania energii: przechowywania energii w sprężonym powietrzu (CAES).
Naukowcy zaproponowali nowy system geotermalnego przechowywania energii w sprężonym powietrzu, który wykorzystuje wyczerpane odwierty naftowe i gazowe (według szacunków Agencji Ochrony Środowiska w USA jest ich około 3,9 miliona) i odkryli, że może on zwiększyć efektywność o 9,5% w porównaniu do istniejących technologii. Oznacza to, że większy procent energii przechowywanej w systemie może zostać odzyskany i przekształcony w energię elektryczną, co potencjalnie zwiększa zyski dla operatorów.
„To zwiększenie efektywności może diametralnie zmienić sytuację i uczynić projekty przechowywania energii w sprężonym powietrzu opłacalnymi ekonomicznie” – powiedział Arash Dahi Taleghani, profesor inżynierii naftowej i gazowej na Uniwersytecie Pensylwanii i główny autor badania. „Ponadto moglibyśmy znacznie obniżyć początkowe koszty, wykorzystując istniejące odwierty naftowe i gazowe, które już nie są eksploatowane. To może być opłacalnym rozwiązaniem dla przemysłu”.
Według naukowców ponowne wykorzystanie wyczerpanych odwiertów naftowych i gazowych pozwoli operatorom uzyskać dostęp do geotermalnego ciepła z gorących formacji skalnych pod ziemią. Wyklucza to konieczność wiercenia nowych odwiertów i potencjalnie sprawia, że technologia staje się bardziej atrakcyjna dla przemysłu.
Gazy, takie jak sprężone powietrze, zwiększają ciśnienie wraz ze wzrostem temperatury, co oznacza, że podgrzane studnie potencjalnie mogą przechowywać więcej energii, mówi Taleghani. Gdy energia jest potrzebna, podgrzane sprężone powietrze uwalniane jest, napędzając turbinę do produkcji energii.
„Nie wykorzystując zalet ciepła geotermalnego, nie uzyskacie znaczącego zwiększenia efektywności” – wyjaśnił Taleghani, dodając, że zespół użył modelowania numerycznego, aby ustalić, że umieszczenie systemów CAES w opuszczonych odwiertach naftowych i gazowych znacznie podniosło temperaturę powietrza w systemach. „Ponadto wiercenie nowych odwiertów może być ekonomicznie nieuzasadnione dla tego typu przechowywania. Jednak łącząc te dwa czynniki i używając modelowania, odkryliśmy, że to może być bardzo dobre rozwiązanie”.
Opcje przechowywania energii, takie jak CAES, są szczególnie ważne dla przejścia na czystą energię, ponieważ rozwiązują problem niestabilności odnawialnych źródeł. Przechowując nadmiar odnawialnej energii i uwalniając ją w razie potrzeby, przechowywanie energii wspiera stabilność i niezawodność sieci energetycznych.
„Problem polega na tym, że czasami, gdy potrzebujemy energii, nie ma światła słonecznego lub wiatru” – powiedział Taleghani. „To duża przeszkoda w dalszym rozwoju odnawialnych źródeł energii. Dlatego tak ważne jest, aby mieć pewną pojemność do przechowywania energii, aby wspierać sieć”.
Tylko w Pensylwanii, według szacunków regulatorów, istnieje setki tysięcy opuszczonych odwiertów. Jeśli te odwierty są niewłaściwie uszczelnione lub uszkodzone, może z nich wyciekać metan do atmosfery i wód gruntowych.
„Jeśli używamy istniejących odwiertów, faktycznie rozwiązujemy dwa problemy na raz” – powiedział Taleghani. „Po pierwsze, uszczelniamy te odwierty, aby zatrzymać wszelkie wycieki. A następnie, przekształcając te odwierty w systemy przechowywania energii, wykorzystujemy już istniejącą infrastrukturę, co pomaga utrzymać miejsca pracy w tych regionach i daje społecznościom szansę na bycie częścią energetycznej przyszłości”.