Переход от ископаемого топлива к возобновляемым источникам энергии, таким как ветер и солнце, требует лучших способов хранения энергии для использования, когда солнце не светит или ветер не дует. Новое исследование, проведенное учеными из Пенсильванского университета, показало, что использование природного геотермального тепла в выработанных нефтяных и газовых скважинах может повысить эффективность одного из предложенных решений для накопления энергии — хранения энергии с помощью сжатого воздуха (CAES).
Исследователи предложили новую геотермальную систему хранения энергии сжатым воздухом, которая использует выработанные нефтяные и газовые скважины (по оценкам Агентства по охране окружающей среды, их в США около 3,9 миллиона) и обнаружили, что она может повысить эффективность на 9,5% по сравнению с существующими технологиями. Это означает, что больший процент энергии, хранимой в системе, может быть восстановлен и преобразован в электричество, что потенциально увеличивает прибыль для операторов.
«Это повышение эффективности может кардинально изменить ситуацию и сделать проекты хранения энергии сжатым воздухом экономически выгодными», — сказал Араш Дахи Талегани, профессор нефтегазовой инженерии в Пенсильванском университете и соответствующий автор исследования. «Кроме того, мы могли бы значительно снизить начальные затраты, используя существующие нефтяные и газовые скважины, которые больше не эксплуатируются. Это может быть выгодным решением для промышленности».
По словам ученых, повторное использование выработанных нефтяных и газовых скважин позволит операторам получить доступ к геотермальному теплу, находящемуся в горячих горных образованиях под землей. Это исключает необходимость бурить новые скважины и потенциально делает технологию более привлекательной для промышленности.
Газы, такие как сжатый воздух, увеличивают давление с повышением температуры, что означает, что нагретые колодцы потенциально могут хранить больше энергии, по словам Талегани. Когда необходима электроэнергия, нагретый сжатый воздух высвобождается, приводя в действие турбину для производства энергии.
«Не использовав преимущества геотермального тепла, вы не сможете получить значительного повышения эффективности», — сказал Талегани, объяснив, что команда использовала численное моделирование для того, чтобы выявить, что размещение систем CAES в заброшенных нефтяных и газовых скважинах значительно повышает температуру воздуха в системах. «И кроме того, бурение новых скважин может быть экономически нецелесообразным для этого типа хранения. Но, объединив эти два фактора и использовав моделирование, мы обнаружили, что это может быть очень хорошим решением».
Варианты накопления энергии, такие как CAES, особенно важны для перехода на чистую энергию, так как они решают проблему прерывистости возобновляемых источников. Сохраняя избыток возобновляемой энергии и высвобождая его по мере необходимости, накопление энергии способствует стабильности и надежности энергетических сетей.
«Проблема в том, что иногда, когда нам нужна энергия, нет солнечного света или ветра», — сказал Талегани. «Это большая преграда для дальнейшего расширения использования возобновляемых источников энергии. Вот почему так важно иметь определенную емкость для хранения энергии, чтобы поддерживать сеть».
Только в Пенсильвании, по оценкам регуляторов, существует сотни тысяч заброшенных скважин. Если эти скважины неправильно закупорены или повреждены, из них может утекать метан в атмосферу и подземные воды.
«Если мы используем существующие скважины, мы фактически решаем две проблемы сразу», — сказал Талегани. «Во-первых, мы герметизируем эти скважины, чтобы остановить любые утечки. А затем, перепрофилируя эти скважины для хранения энергии, мы используем уже существующую инфраструктуру, что помогает сохранить рабочие места в этих регионах и дает сообществам шанс стать частью энергетического будущего»