Ouko Ridžo nacionalinės laboratorijos („Oak Ridge National Laboratory“, „ORNL“) mokslininkai sukūrė pažangius modeliavimo įrankius, kurie gali paversti tūkstančius apleistų anglies kasyklų milžiniškomis požeminėmis energijos kaupimo talpyklomis.
Naudodami itin tikslius hidrodinaminius ir cheminius modelius, tyrėjai įveikė svarbią techninę kliūtį – dabar galima tiksliau nustatyti, kaip šios nebeveikiančios kasyklos galėtų būti pritaikytos siurblinės hidroakumuliacinės elektrinės („Pumped Storage Hydropower“, PSH) technologijai.
Šis pasiekimas suteikia dvigubą naudą JAV energetikos sektoriui. Viena vertus, jis sudaro sąlygas įdiegti ilgalaikio energijos kaupimo sprendimus, būtinus klimatui neutraliai elektros sistemai. Kita vertus, atsiveria galimybė atgaivinti buvusias kasyklų bendruomenes, suteikiant joms naują ekonominį pagrindą.
Vandens „baterijos“ idėjos perkūrimas
Tradicinė PSH technologija dažnai vadinama „vandens baterija“, nes jos veikimo principas grindžiamas vandens judėjimu tarp dviejų skirtingame aukštyje esančių rezervuarų.
Kai elektros energija yra pigi arba gausi, pavyzdžiui, saulėtą popietę, vanduo siurbiamas į aukščiau esantį rezervuarą. Padidėjus 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 elektrinės plėtra ilgą laiką buvo ribojama geografinių sąlygų. Tam, kad būtų sukurtas reikiamas aukščių skirtumas (vadinamasis „kritimas“ arba „head“), paprastai reikia masyvių kalnų ar kalvų.
„ORNL“ proveržis šią paradigmą keičia – siurblinės hidroakumuliacinės elektrinės veikimas perkeliamas po žeme.
Naujas požiūris leidžia pasinaudoti jau esama infrastruktūra – giliausi šachtų ruožai apleistose kasyklose tampa apatiniu rezervuaru vietoj įprastų ant kalnų šlaitų įrengiamų baseinų.
Taip PSH technologiją galima diegti ir lygesnėse vietovėse, kurios anksčiau nebuvo tinkamos hidroenergijai. Be to, naudojant jau esančius tunelius ir šachtas, gerokai sumažėja statybos kaštai ir sutrumpėja įrenginių sukūrimo trukmė.
Cheminės erozijos ir stabilumo iššūkių įveikimas
Apleistos anglies kasyklos 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 įveikti tokias problemas kaip cheminė erozija ir konstrukcijų stabilumas.
Naujieji „ORNL“ sukurti modeliai leidžia inžinieriams tiksliai simuliuoti, kaip vanduo juda konkrečiais tuneliais ir kaip jis sąveikauja su vietinėmis uolienomis ir mineralais. Tai padeda prognozuoti korozijos riziką ir įvertinti, kaip kasyklose likę mineralai gali pažeisti brangias turbinas.
Modeliai taip pat suteikia galimybę įvertinti konstrukcijų vientisumą – užtikrinti, kad greitas didelio slėgio vandens judėjimas nesukeltų šachtų sienų skilimo ar griūčių.
„Požeminė PSH yra įdomi galimybė, tačiau turime įveikti tokias problemas kaip cheminė erozija ir struktūrinis stabilumas“, – pabrėžia vyresnysis „ORNL“ tyrėjas Thienas Nguyenas.
Ateities ekonominė ir sisteminė analizė
Šiuo metu „ORNL“ komanda žengia į išsamaus technoekonominio vertinimo etapą.
„Mūsų modeliavimo įrankiai padės pramonės partneriams įvertinti rizikas ir priimti pagrįstus sprendimus dėl objektų projektavimo, statybos ir eksploatavimo konkrečiose pasirinktose vietose“, – teigia „Oak Ridge National Laboratory“ 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 gali pasiekti, kad kasyklos, kadaise maitinusios pramonės revoliuciją, artimiausioje ateityje taptų švarios energetikos sistemos stabilumo pagrindu.
