Od kopalni do magazynu energii. Nowe życie dla porzuconych wyrobisk węglowych

Setki tysięcy opuszczonych kopalń węgla w Stanach Zjednoczonych od dekad stanowią poważny problem środowiskowy i infrastrukturalny. Dziś jednak coraz częściej pojawia się pomysł, aby zamiast kosztownej rekultywacji nadać im zupełnie nową funkcję – przekształcić je w ogromne podziemne magazyny energii wspierające rozwój odnawialnych źródeł.

Naukowcy z Oak Ridge National Laboratory opracowali metodologię, która pokazuje, że stare wyrobiska mogą zostać wykorzystane do budowy instalacji magazynowania energii opartych na technologii elektrowni szczytowo-pompowych. W praktyce oznaczałoby to wykorzystanie istniejących podziemnych przestrzeni do przechowywania energii w postaci wody pompowanej między zbiornikami na różnych poziomach.

Problem, który można zamienić w zasób

Według szacunków w USA istnieje nawet pół miliona opuszczonych kopalń węgla. Wiele z nich powstało jeszcze przed wprowadzeniem nowoczesnych przepisów dotyczących rekultywacji terenów górniczych w latach 70. XX wieku.

Takie miejsca często stanowią realne zagrożenie – znajdują się tam otwarte szyby, niestabilne ściany skalne, zapadliska oraz zanieczyszczone wody kopalniane. Utrzymanie bezpieczeństwa tych terenów generuje wysokie koszty, a jednocześnie nie przynosi żadnej wartości gospodarczej.

Pomysł wykorzystania kopalń jako elementu infrastruktury energetycznej zmienia tę perspektywę. Zamiast traktować je wyłącznie jako problem, można je przekształcić w aktywo wspierające transformację energetyczną.

„Wodne baterie” dla systemu elektroenergetycznego

Technologia elektrowni szczytowo-pompowych polega na magazynowaniu energii poprzez pompowanie wody do wyżej położonego zbiornika w okresach nadwyżki energii. Gdy zapotrzebowanie rośnie, woda spływa w dół, napędzając turbiny i produkując energię elektryczną.

Wykorzystanie istniejących wyrobisk górniczych mogłoby znacząco obniżyć koszty budowy takich instalacji, ponieważ duża część infrastruktury przestrzennej już istnieje. Co więcej, systemy tego typu umożliwiają magazynowanie energii przez znacznie dłuższy czas niż najpopularniejsze obecnie baterie litowo-jonowe, które zwykle pracują w cyklach do kilku godzin.

W kontekście rosnącego udziału energii z wiatru i słońca takie długoterminowe magazynowanie staje się kluczowe. Produkcja z OZE jest zmienna – zależy od pogody i pory dnia – dlatego stabilizacja systemu energetycznego wymaga technologii zdolnych do przechowywania dużych ilości energii przez wiele godzin lub nawet dni.

Szansa dla regionów pogórniczych

Koncepcja ta ma również wymiar społeczno-gospodarczy. W wielu regionach Stanów Zjednoczonych gospodarka przez dekady opierała się na wydobyciu węgla. Spadek znaczenia tego surowca oznacza jednak utratę miejsc pracy, spadek dochodów lokalnych samorządów oraz stagnację gospodarczą.

Przekształcenie kopalń w infrastrukturę energetyczną mogłoby częściowo zrekompensować te straty. Projekty budowy i obsługi magazynów energii generowałyby nowe miejsca pracy oraz przyciągały inwestycje do regionów dotkniętych transformacją energetyczną.

Wyzwania technologiczne

Choć koncepcja wygląda obiecująco, jej realizacja nie jest pozbawiona trudności. Środowisko wewnątrz kopalń jest chemicznie aktywne, a struktura wyrobisk bywa bardzo skomplikowana. Woda przepływająca przez skały może wchodzić w reakcje chemiczne z minerałami, co wpływa na trwałość instalacji i jakość wody.

Dlatego kluczową rolę odgrywają zaawansowane modele hydrodynamiczne i chemiczne opracowane przez naukowców z Oak Ridge National Laboratory. Pozwalają one symulować przepływ wody w skomplikowanych strukturach kopalnianych oraz przewidywać potencjalne reakcje chemiczne. Dzięki temu możliwe jest dokładne oszacowanie ryzyka i projektowanie instalacji dopasowanych do konkretnych lokalizacji.

Nowa rola starych kopalń

Jeśli technologia zostanie wdrożona na większą skalę, opuszczone kopalnie mogą odegrać nieoczekiwaną rolę w transformacji energetycznej. Zamiast symbolizować schyłek epoki węgla, staną się elementem infrastruktury wspierającej system oparty na odnawialnych źródłach energii.

To przykład podejścia, w którym transformacja energetyczna nie polega wyłącznie na budowie nowych instalacji, lecz także na kreatywnym wykorzystaniu istniejącej infrastruktury przemysłowej.