-
Nadwyżki energii z odnawialnych źródeł można przechowywać setki metrów pod ziemią w postaci sprężonego powietrza magazynowanego w porowatych skałach.
-
Podziemne magazyny sprężonego powietrza mają potencjał przechowywania do 1 TWh energii, co odpowiada zużyciu energii przez część średnich miast w Portugalii.
-
Największą przeszkodą we wdrożeniu tej technologii w Portugalii jest brak odpowiednich przepisów regulujących wykorzystanie podziemnych zbiorników.
-
Więcej podobnych informacji znajdziesz na stronie głównej serwisu, otwiera się w nowym oknie
Problem z odnawialnymi źródłami energii jest prosty: prąd nie zawsze powstaje wtedy, gdy jest potrzebny. W słoneczne lub wietrzne godziny może być go za dużo, a po zachodzie słońca albo przy słabym wietrze produkcja spada. Dlatego wraz z rozwojem OZE rośnie zapotrzebowanie na magazyny energii.
Portugalczycy badają rozwiązanie, w którym rolę ogromnego akumulatora pełnią skały znajdujące się 500, 1000, a nawet 2000 metrów pod powierzchnią. „Można wykorzystać nadwyżkę energii elektrycznej i tymczasowo przechować ją w skałach pod powierzchnią ziemi” – mówi Euronews Ricardo Pereira z GeoBioTec w NOVA School of Science and Technology w Lizbonie.
Sam pomysł nie jest nowy. Pierwsze eksperymenty z magazynowaniem sprężonego powietrza pod ziemią prowadzono w niemieckich kawernach solnych już w latach 70. XX w. Portugalski zespół sprawdza jednak, ile energii dałoby się przechować w porowatych skałach, w zależności od ich właściwości i głębokości.
Jak skały mogą magazynować energię z OZE
Mechanizm jest stosunkowo prosty. Kiedy turbiny wiatrowe lub panele fotowoltaiczne produkują więcej prądu, niż w danym momencie potrzebuje sieć, energia zasila sprężarki. Te wtłaczają powietrze przez odwiert do położonej głęboko warstwy porowatej skały.
Powietrze zajmuje przestrzenie pomiędzy ziarnami skały, które normalnie wypełnia słona woda nienadająca się do picia. Woda zostaje wyparta, a sprężone powietrze pozostaje uwięzione pod ziemią pod wysokim ciśnieniem. Nie trzeba przy tym używać wodoru ani dwutlenku węgla, więc nie ma ryzyka wybuchu związanego z magazynowaniem wodoru.
Gdy prąd jest potrzebny, powietrze wypuszcza się z podziemnego zbiornika. Rozprężając się, napędza ono turbiny na powierzchni, które produkują energię elektryczną. Z punktu widzenia sieci system działa więc podobnie jak elektrownia, tyle że bez spalania paliwa.
„Używając gruntu i skał jako rodzaju baterii, możemy magazynować ilości energii zdolne zasilić małe miasta i to jest wielka zaleta tej technologii” – mówi Pereira. Zespół analizował różne warunki geologiczne i głębokości, aby określić maksymalną możliwą pojemność takich magazynów. Wyniki badań naukowców z NOVA University Lisbon i Uniwersytetu Lizbońskiego opublikowano w czasopiśmie „Geoenergy”.
Jeden podziemny magazyn może pomieścić 1 TWh
W najbardziej korzystnym z badanych scenariuszy system osiągał gęstość energii do 156 kWh na metr sześcienny i pojemność do 1 TWh przy maksymalnej głębokości roboczej 3000 metrów. Naukowcy podkreślają, że to wariant teoretyczny, zakładający optymalne warunki.
„To oczywiście scenariusz maksymalny, w którym wszystkie warunki są optymalne” – zaznacza Pereira. Wynik pokazuje jednak skalę możliwości. Według badacza 1 TWh jest wartością zbliżoną do zużycia energii przez niektóre średniej wielkości miasta w Portugalii.
Tego rodzaju magazyny miałyby służyć przede wszystkim do długotrwałego przechowywania energii. To odróżnia je od dominujących dziś baterii litowo-jonowych. W przypadku sprężonego powietrza częścią magazynu jest naturalna formacja geologiczna, a odpowiednich skał jest wiele.
Potrzeba takich rozwiązań szybko rośnie. Europa ma obecnie około 55 GW mocy magazynowania energii, a celem Komisji Europejskiej jest osiągnięcie 200 GW do 2030 r. Większa pojemność magazynów ma zmniejszyć przeciążenia sieci, ryzyko przerw w dostawach i zależność od importowanych paliw kopalnych.
Podziemny magazyn może pomóc uruchomić sieć po awarii
Sprężone powietrze ma jeszcze jedną zaletę. Taki magazyn może działać w trybie określanym jako „black start”, czyli uruchomić produkcję energii bez wcześniejszego zasilania z zewnętrznej sieci. Ma to znaczenie po dużych awariach systemu elektroenergetycznego.
„Sprężone powietrze jest niemal natychmiast dostępne, więc pozwala włączać i wyłączać system praktycznie od razu” – tłumaczy Pereira. Jego zdaniem rozwiązanie mogłoby pomagać stabilizować sieć w sytuacjach podobnych do dużej awarii na Półwyspie Iberyjskim w 2025 r.
Badacz zastrzega jednak, że nie byłoby to cudowne lekarstwo na blackout. Awaria miała znacznie szerszy charakter. Magazyny sprężonego powietrza mogłyby natomiast ułatwić zarządzanie energią w sieci i szybciej dostarczyć moc tam, gdzie byłaby potrzebna.
Im głębiej znajduje się odpowiednia warstwa porowatych skał, tym większą ilość energii można z niej odzyskać. Naukowcy wskazują, że w Portugalii szczególnie interesujące są okolice Lizbony i Almady, gdzie duże zużycie energii łączy się z przemysłem i dostępem do odpowiednich formacji geologicznych.
Portugalia ma odpowiednie skały, ale brakuje prawa
Badacze analizują obecnie obszar Basenu Luzytańskiego, ciągnącego się mniej więcej od Lizbony do Aveiro. Według wstępnej oceny znajduje się tam wiele skał, które mogłyby pełnić funkcję podziemnych zbiorników. To jednocześnie jeden z najbardziej uprzemysłowionych obszarów kraju, z rozwiniętą energetyką wiatrową, słoneczną i wodną.
Na razie technologia pozostaje jednak w Portugalii na papierze. Pereira szacuje, że od rozpoczęcia prac do uruchomienia instalacji potrzeba pięciu do 10 lat. Konieczne są badania geologiczne, wiercenia, budowa instalacji pilotażowej i dopiero później przejście do pracy na większą skalę.
Zdaniem badacza rozwiązanie może być finansowo konkurencyjne, szczególnie w porównaniu z zielonym wodorem, którego produkcja i magazynowanie pozostają kosztowne. Podobne projekty rozwijają już Chiny, a w Europie prace prowadzone są również w Niemczech.
Największą przeszkodą w Portugalii nie są jednak koszty ani brak skał. Jest nią prawo. „O ile wiem, nie ma obecnie konkretnych przepisów, które pozwalałyby realizować takie projekty w Portugalii. Wszystko, co znajduje się pod naszymi stopami, należy do państwa, do nas wszystkich, dlatego potrzebne są szczegółowe regulacje dla tego rodzaju technologii” – mówi Pereira.
Bez nich nawet firma gotowa sfinansować badania, odwiert pilotażowy i późniejszą instalację nie może rozpocząć pełnego projektu. Jeśli przepisy się pojawią, badacz uważa, że pierwsze portugalskie magazyny sprężonego powietrza mogłyby działać w ciągu około dekady.