Ouk Ridžo nacionalinės laboratorijos („Oak Ridge National Laboratory“, ORNL) mokslininkai sukūrė pažangius modeliavimo įrankius, galinčius tūkstančius apleistų anglies kasyklų paversti milžiniškomis požeminėmis energijos kaupimo talpyklomis.
Pasitelkę itin tikslius hidrodinaminius ir cheminius modelius, tyrėjai įveikė svarbią techninę kliūtį: dabar galima daug tiksliau nustatyti, kaip nebeveikiančios kasyklos galėtų būti pritaikytos siurblinės hidroakumuliacinės elektrinės (angl. „Pumped Storage Hydropower“, PSH) technologijai.
Šis pasiekimas JAV energetikos sektoriui žada dvejopą naudą. Viena vertus, jis atveria kelią ilgalaikio energijos kaupimo sprendimams, būtiniems klimatui neutraliai elektros sistemai. Kita vertus, atsiranda galimybė įkvėpti naują ekonominį gyvenimą buvusioms kasyklų bendruomenėms, suteikiant joms tvaresnį veiklos pagrindą.
Vandens „baterijos“ idėjos perkūrimas
Tradicinė PSH technologija dažnai vadinama „vandens baterija“, nes jos veikimo principas paremtas vandens judėjimu tarp dviejų skirtingame aukštyje esančių rezervuarų.
Kai elektros energija yra pigi arba jos gausu, pavyzdžiui, saulėtą popietę, vanduo siurbiamas į aukščiau esantį rezervuarą. Išaugus elektros paklausai, vanduo iš viršutinio rezervuaro leidžiamas žemyn per turbinas ir taip gaminama elektra.
Šiuo metu PSH sudaro daugiau kaip 90 % visos JAV didelio masto energijos kaupimo infrastruktūros, tačiau tokios technologijos plėtra ilgą laiką buvo ribojama geografinių sąlygų. Norint sukurti reikiamą aukščių skirtumą (vadinamąjį „kritimą“), paprastai reikia ryškaus reljefo – kalnų ar kalvų.
ORNL proveržis šią paradigmą keičia, nes siurblinės hidroakumuliacijos principas perkeltas po žeme.
Naujasis požiūris leidžia pasinaudoti jau esama infrastruktūra: giliausi šachtų ruožai apleistose kasyklose tampa apatiniu rezervuaru, kuris tradiciškai būtų įrengiamas kalnų šlaituose.
Dėl to PSH technologiją galima diegti ir lygesnėse vietovėse, kurios anksčiau buvo laikomos netinkamomis hidroenergijai. Be to, pasitelkiant jau iškastus tunelius ir šachtas, galima reikšmingai sumažinti statybos sąnaudas ir sutrumpinti projekto įgyvendinimo trukmę.
Cheminės erozijos ir stabilumo iššūkių įveikimas
Apleistų anglies kasyklų pritaikymas energijos kaupimui yra sudėtingas, nes po žeme vyrauja chemiškai aktyvi ir struktūriškai sudėtinga aplinka. ORNL vyresnysis tyrėjas Thienas Nguyenas pažymi, kad nors požeminės PSH idėja yra labai perspektyvi, pirmiausia būtina išspręsti tokias problemas kaip cheminė erozija ir konstrukcijų stabilumas.
Naujieji ORNL sukurti modeliai leidžia inžinieriams tiksliai simuliuoti, kaip vanduo juda konkrečiais tuneliais ir kaip sąveikauja su vietinėmis uolienomis bei mineralais. Tai padeda prognozuoti korozijos riziką ir įvertinti, ar kasyklose likę mineralai gali pažeisti brangias turbinas.
Modeliai taip pat suteikia galimybę įvertinti konstrukcijų vientisumą, kad būtų užtikrinta, jog greitas didelio slėgio vandens judėjimas nesukels šachtų sienų skilimo ar griūčių.
„Požeminė PSH yra įdomi galimybė, tačiau turime įveikti tokias problemas kaip cheminė erozija ir struktūrinis stabilumas“, – pabrėžia Thienas Nguyenas.
Ateities ekonominė ir sisteminė analizė
Šiuo metu ORNL komanda pereina prie išsamaus technoekonominio vertinimo etapo.
„Mūsų modeliavimo įrankiai padės pramonės partneriams įvertinti rizikas ir priimti pagrįstus sprendimus dėl objektų projektavimo, statybos ir eksploatavimo konkrečiose pasirinktose vietose“, – teigia laboratorijos mokslo rašytojas Galenas Faderis.
Tyrėjai taip pat ketina atlikti sisteminio efektyvumo analizes, kad nustatytų geriausią praktiką, susijusią su tokių įrenginių statyba ir veikimu skirtingose vietovėse.
Paversdami aplinkosaugines skolas didelio masto energetiniais ištekliais, mokslininkai siekia, kad kasyklos, kadaise maitinusios pramonės revoliuciją, artimiausioje ateityje taptų vienu iš švarios energetikos sistemos stabilumo ramsčių.
