Badanie pokazuje, że geotermia może pomóc w magazynowaniu energii

W niektórych częściach Stanów Zjednoczonych najlepsze miejsce do przechowywania ogromnych ilości energii dla sieci elektrycznej może znajdować się tuż pod „naszymi” stopami.

Potencjał drzemiący w energii geotermalnej

Energia geotermalna, która opiera się na gorących skałach znajdujących się daleko pod powierzchnią ziemi, jest od dawna wykorzystywana jako źródło ogrzewania i wytwarzania energii elektrycznej. Jednak ostatnie postępy w technologii wiercenia otworzyły nowe możliwości szerokiego zastosowania energii geotermalnej. To skłoniło naukowców z Uniwersytetu Princeton do wykazania w artykule w czasopiśmie Applied Energy, że geotermia może również służyć jako idealna technologia do przechowywania energii. Tytuł artykułu brzmi: The value of in-reservoir energy storage for flexible dispatch of geothermal power.

Geotermia – uzupełnienie energii ze słońca i wiatru

Z badań dowiadujemy się również, że geotermia może uzupełniać energię słoneczną i wiatrową, zapewniając zasilanie, gdy słońce nie świeci lub nie ma wiatru.

W całych zachodnich Stanach Zjednoczonych, gdzie istnieje duży potencjał geotermalny, Może to być brakujący element układanki. On pozwoli na przejście do bezemisyjnego systemu energetycznego połączonego z dużą ilością energii wiatrowej i słonecznej oraz bateriami o krótszym czasie działania i elastycznością popytu.

Jesse Jenkins, główny badacz projektu i adiunkt na wydziale mechaniki i inżynierii lotniczej oraz w Andlinger Center for Energy and the Environment

Rozwój technologii z wiekową tradycją

Geotermia jest starożytną technologią i była używana do ogrzewania przez wieki. Boise, największe miasto stanu Idaho, ogrzewa dużą część centrum miasta za pomocą geotermii. Przez lata geotermia rozwijała się. Dzięki temu w dzisiejszych czasach wykorzystuje się ją np. do zasilania przemysłu, napędzania pomp ciepła i dostarczania energii elektrycznej do sieci.

Zalety technologii energii odnawialnej obejmują jej stałe wytwarzanie, stosunkowo niskie koszty utrzymania i zerową produkcję węgla. Jednak w przypadku energii elektrycznej na skalę sieciową, geotermia pozostaje graczem niszowym. Wynika to z faktu, że technologia ta wymaga specyficznych lokalizacji. Przede wszystkim inżynierowie potrzebują gorących regionów geologicznych położonych dość blisko powierzchni, szczelinowatych formacji skalnych, które służą jako grzejniki, oraz dostępu do cieczy, która przenosi ciepło na powierzchnię. To się jednak szybko zmienia, ponieważ inżynierowie opracowują nowe technologie z myślą o znacznym zwiększeniu produkcji energii elektrycznej z energii geotermalnej.

Większy dostęp do zasobów

Kluczowa innowacja wykorzystuje technologie z sektora ropy i gazu, w tym wiercenia kierunkowe i stymulację hydrauliczną, do tworzenia sztucznych systemów szczelinowych wszędzie tam, gdzie można znaleźć gorące, nieprzepuszczalne skały. W przypadku powodzenia, firmy komercjalizujące te nowe techniki mogłyby odblokować czyste, odnawialne zasoby, które byłyby w stanie dostarczyć setki gigawatów energii w samych Stanach Zjednoczonych.

Ta zdolność do odejścia od tych bardzo specyficznych lokalizacji, w których masz wszystkie właściwe rzeczy we właściwym miejscu, do dowolnego miejsca, w którym dostępne są wystarczająco gorące skały bez wiercenia zbyt głęboko, oznacza, że ulepszona geotermia może otworzyć znacznie szerszą bazę zasobów.

Magazynowanie energii w zbiornikach geotermalnych

Okazuje się, że te nowatorskie techniki mają jeszcze jedną ukrytą zaletę, którą do tej pory pomijano. Woda krążąca w systemie sztucznych szczelin jest zawarta w nieprzepuszczalnych skałach. Oznacza to, że nie może ona wyciekać. To natomiast sprawia, że te zbiorniki geotermalne są doskonałym sposobem na przechowywanie dużych ilości energii, gdy zapotrzebowanie jest niskie, a następnie uwalnianie energii, gdy zapotrzebowanie jest wysokie.

Magazynowanie energii i przenoszenie produkcji na najbardziej korzystne okresy zwiększa rentowność geotermii. Ponadto działa jako doskonałe uzupełnienie zależnych od pogody zmiennych systemów odnawialnych opartych np. o wiatr i słońce.

Symulacje i wsparcie techniczne badań

Przeprowadziliśmy symulacje zbiornika, aby ocenić systemy, które projektujemy.

Jack Norbeck, współzałożyciel i dyrektor techniczny Fervo Energy

Fervo Energy, firma rozwojowa z siedzibą w Houston, jest pionierem zaawansowanych technologii geotermalnych. Symulacje przeprowadzone przez firmę wykazały, że systemy geotermalne mogą pracować w celu zapewnienia stałego zasilania. Co więcej, potrafią one także efektywnie przechowywać i przesuwać energię do późniejszego wykorzystania.

Możemy je eksploatować zarówno w trybie obciążenia podstawowego, jak i w trybie elastycznym. To duży krok naprzód dla technologii geotermalnej.

Fervo Energy

W 2020 roku inżynierowie z Fervo byli pewni, że ich system będzie działał. Ale chcieli wiedzieć więcej o ekonomii systemów i o tym jak optymalnie zintegrować technologię z siecią energetyczną. Aby uzyskać odpowiedzi na nurtujące pytania, Fervo zwróciło się do Jenkinsa, szefa laboratorium ZERO w Princeton.

To jest dokładnie ten rodzaj pytań, na które uwielbiamy patrzeć. Są to praktyczne pytania, które będą kierować podejmowaniem decyzji w świecie rzeczywistym oraz inwestycjami i innowacjami. Jeszcze nie udzielono na nie odpowiedzi w literaturze akademickiej, więc znaleźliśmy idealny projekt dla nas. Odpowiedź na to otwarte pytanie w badaniach ma znaczenie dla decyzji, które ludzie podejmują na temat tego jak alokować swój czas i pieniądze oraz wysiłki innowacyjne.

Jesse Jenkins

Jack Norbeck, CTO firmy Fervo, zapewnił wsparcie techniczne dla badań. Powiedział, że sednem pomysłu było połączenie energii cieplnej skał podziemnych z energią mechaniczną nakładających się na siebie warstw skalnych. Inżynierowie Fervo wykorzystują techniki wiercenia poziomego, aby stworzyć serię otworów iniekcyjnych i produkcyjnych, połączonych ze sobą wieloma małymi kanałami w skale. Tak tworzy się podziemny zbiornik, w którym woda może być podgrzewana.

Zamiast od razu używać podgrzanej wody do napędzania turbin na prąd, technicy kierują gorącą wodę pod ciśnieniem do sieci kanałów w zbiorniku. Płyn gromadzi się w zbiorniku i wygina skałę. Następnie to ciśnienie można później uwolnić, aby wyprowadzić gorący płyn na powierzchnię i zasilać turbiny energią elektryczną.

Co wykazali naukowcy w badaniu?

Naukowcy wykazali, że system ten może być wykorzystywany do przechowywania i dystrybucji energii elektrycznej w szerokim zakresie czasu. Wspomina się o przedziale od kilku godzin do wielu dni. To odróżnia ten system od większości innych technologii magazynowania.

Wydajność zależy od geologii i innych cech skały. Ale ogólnie okazuje się, że ta forma jest jedną z najtańszych form długoterminowego magazynowania energii.

Jack Norbeck

Wilson Ricks, doktorant w dziedzinie inżynierii mechanicznej i lotniczej oraz badacz z ZERO Lab, kierował badaniami. Powiedział on, że wyniki badań przekroczyły jego początkowe oczekiwania.

Pomysł wydawał mi się prosty i elegancki: masz ten system, ma on te nieodłączne właściwości i może możemy po prostu wykorzystać je do przechowywania energii… Jednak okazało się, że jest on bardziej wartościowy w niemal każdym kontekście. Ma naprawdę duży potencjał.

Wilson Ricks, główny autor pracy

W początkowej części pracy przeanalizowano wpływ jednej, pierwszej w swoim rodzaju elektrowni. Jednak w miarę wdrażania technologii na skalę masową, mogą pojawiać się przesunięcia i zmiana cen energii elektrycznej lub dynamiki rynku. Dlatego obecnie zespół wykorzystuje modele długoterminowego planowania mocy elektrycznej, aby zbadać wynik równowagi długoterminowej i wpływ na rynki.

To jest właśnie moment, który uważamy za ekscytujący. można odpowiedzieć na tego rodzaju otwarte pytanie za pomocą naszych narzędzi do modelowania systemu energetycznego. One następnie bezpośrednio prowadzą do dalszych inwestycji i innowacji oraz, miejmy nadzieję, przyspieszają przyjęcie skutecznych technologii, które pomogą w walce ze zmianami klimatu.

Jesse Jenkins

Źródła:

Study shows geothermal could be an ideal energy storage technology, Techxplore

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Proszę wpisać swój komentarz!
Proszę podać swoje imię tutaj

Najnowsze

PARTNER STRATEGICZNY PORTALU

PARTNERZY PORTALU

Kategorie

BĄDŹMY W KONTAKCIE

Najnowsze

PARTNER STRATEGICZNY PORTALU

PARTNERZY PORTALU

Kategorie

BĄDŹMY W KONTAKCIE