По всей территории США разбросаны сотни тысяч заброшенных шахт. Многие из них представляют собой угольные шахты, остатки промышленности, которая когда-то питала страну. Поэтому есть некоторая ирония в том, что эти шахты могут быть перепрофилированы для хранения энергии, получаемой из возобновляемых источников, таких как ветер и солнце.
Идея проста и аналогична другой схеме под названием УГЭС, которая также может превращать старые мины в батареи. Обе схемы используют принцип гравитационной потенциальной энергии. Эта схема использует избыточное электричество для перекачки и хранения энергии в форме вышеупомянутой потенциальной энергии. Это решает одну из технических проблем, связанных с возобновляемыми источниками энергии: природа не всегда достаточно внимательна, чтобы производить электроэнергию, когда спрос самый высокий.
В то время как более ранняя система УГЭС предполагала подъем песка в шахтные стволы и из них, новые исследования показывают, что заброшенные шахты могут функционировать как гидроаккумулирующие гидроэнергетические системы (PSH). В этой системе излишки электроэнергии используются для перекачки воды на более высокие уровни в шахте, сохраняя энергию до тех пор, пока она не понадобится. Когда спрос возрастает, вода сбрасывается обратно через турбины для выработки электроэнергии. Исследователи из Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL) разработали инструменты моделирования, которые позволяют ученым и инженерам оценить, могут ли существующие шахты поддерживать эту систему.
Как заброшенные шахты могут хранить возобновляемую энергию
Концепция PSH не нова. Фактически, эта технология уже играет важную роль в хранении электроэнергии в коммунальных масштабах в США, на ее долю приходится около 88% общего объема накопленной энергии в стране. Принцип относительно прост и работает очень похоже на типичную гидроэлектрическую систему — обе используют силу проточной воды для питания турбины и производства электроэнергии.
Однако, хотя типичная гидросхема состоит из водохранилища и плотины, которая сбрасывает воду вниз по течению, PSH часто представляет собой закрытую систему, в которой вода при необходимости перекачивается обратно в верхний резервуар. Именно поэтому такие схемы можно назвать батареями, при этом избыток электричества эффективно «заряжает» батарею. Когда потребность в электроэнергии возрастает, достаточно просто использовать гравитацию, чтобы разрядить батарею и преобразовать потенциальную энергию обратно в полезную.
Последние исследования добавляют, что это лучший способ понять, где это может сработать. Не все шахты обладают структурной целостностью или химическим составом, позволяющими поддерживать систему PSH. Команда ORNL разработала передовые инструменты моделирования, которые могут прогнозировать риски коррозии, создаваемые остатками минералов, и то, как это может повлиять на турбины. Это также позволяет инженерам оценить, способны ли туннели выдержать силу протекающей через них воды под высоким давлением. По сути, исследование позволяет гораздо более точно оценить потенциальные места хранения энергии.
Почему это важно
Если эта концепция окажется жизнеспособной, последствия для хранения энергии могут быть значительными. Насосные гидросистемы уже доминируют в сетевых хранилищах в США, но когда дело доходит до их дальнейшего масштабирования, возникает большая проблема — географическое положение. Требуются большие водоемы и значительные перепады высот. Это все очень хорошо, если схема планируется для такого горного штата, как Колорадо, но она не так полезна для таких регионов, как Великие равнины.
Вот почему это исследование важнее, чем может показаться. В США насчитывается около 500 000 заброшенных шахт, и хотя многие из них никогда полностью не картировались и не изучались, перепрофилирование даже небольшой их части может обеспечить новый способ расширения долговременного хранения энергии. У них также есть явное преимущество перед другой современной электростанцией — литий-ионной батареей. Литий-ионные аккумуляторы, в том числе используемые в электроинструментах, разряжаются, даже когда они не используются. Принимая во внимание, что, пока вода хранится должным образом, система PSH будет хранить всю эту потенциальную энергию в течение гораздо более длительных периодов времени.
Хотя команда ORNL заявляет, что они воодушевлены «потенциалом» этой схемы, они признают, что еще предстоит решить проблемы, прежде чем мы увидим, как мины перепрофилируются в батареи PSH. Однако новые модели могут помочь выявить риски коррозии и структурные недостатки еще до начала проектов. По иронии истории, те же шахты, которые когда-то питали индустриальную эпоху, могут в конечном итоге способствовать переходу к возобновляемым источникам энергии.
