Σύνοψη
- Ερευνητές στην Πορτογαλία προτείνουν την αποθήκευση ενέργειας σε πορώδη πετρώματα σε βάθος 500 έως 3.000 μέτρων.
- Η τεχνολογία βασίζεται στον πεπιεσμένο αέρα, ο οποίος αντλείται στο υπέδαφος εκτοπίζοντας το φυσικό αλμυρό νερό των πετρωμάτων.
- Το σύστημα μπορεί θεωρητικά να αποθηκεύσει έως 1 TWh ενέργειας, επαρκές νούμερο για την τροφοδοσία μιας μεσαίας ευρωπαϊκής πόλης.
- Αποφεύγεται πλήρως η χρήση λιθίου, κοβαλτίου και υδρογόνου, εξαλείφοντας τους κινδύνους χημικών διαρροών.
- Το σύστημα ενεργοποιείται ακαριαία προσφέροντας τάση στο δίκτυο σε περιπτώσεις γενικού μπλακάουτ χωρίς εξωτερική ηλεκτροδότηση.
- Η εμπορική υλοποίηση τοποθετείται σε 5-10 χρόνια, καθώς απαιτούνται εκτενείς γεωλογικές έρευνες και αυστηρό ρυθμιστικό πλαίσιο.
Η διαρκής αύξηση της συμμετοχής των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας στο ενεργειακό μείγμα δημιουργεί μια πρωτοφανή τεχνική πρόκληση που αφορά τη διαχείριση του πλεονάσματος παραγωγής, το οποίο σήμερα χάνεται ή αναγκάζει τους διαχειριστές των δικτύων να προχωρούν σε μαζικές περικοπές.
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο NOVA της Λισαβόνας και το Ινστιτούτο Dom Luiz του Πανεπιστημίου της Λισαβόνας παρουσιάζουν μια ρηξικέλευθη εναλλακτική λύση που δεν βασίζεται στα σπάνια μέταλλα ή σε περίπλοκες χημικές αντιδράσεις, αλλά αξιοποιεί την ίδια τη γεωλογία του πλανήτη μας για την αποθήκευση ασύλληπτων ποσοτήτων ενέργειας.
Το προτεινόμενο μοντέλο επικεντρώνεται στη μετατροπή των πορωδών πετρωμάτων του υπεδάφους σε τεράστιους ταμιευτήρες αποθήκευσης, υποσχόμενο θεωρητική χωρητικότητα που μπορεί να αγγίξει το 1 TWh υπό ιδανικές γεωλογικές συνθήκες.
Το σύστημα αποθηκεύει την πλεονάζουσα ενέργεια των ΑΠΕ συμπιέζοντας αέρα και διοχετεύοντας τον σε πορώδη πετρώματα, σε βάθος 500 έως 3.000 μέτρων. Ο αέρας εκτοπίζει το φυσικό αλμυρό νερό των γεωλογικών σχηματισμών και παραμένει εγκλωβισμένος υπό υψηλή πίεση. Όταν προκύπτει ζήτηση στο δίκτυο, ο πεπιεσμένος αέρας απελευθερώνεται προς την επιφάνεια, περιστρέφοντας στροβίλους για την άμεση παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Η μηχανική της συμπίεσης και η γεωλογία του υπεδάφους
Αναλύοντας τις λεπτομέρειες της δημοσιευμένης έρευνας, διαπιστώνουμε πως οι γεωλογικοί σχηματισμοί που βρίσκονται βαθιά κάτω από την επιφάνεια της Γης κρύβουν μικροσκοπικά κενά ανάμεσα στους κόκκους των πετρωμάτων τους, τα οποία ιστορικά φιλοξενούν φυσικά αέρια, πετρέλαιο ή αλμυρό νερό. Οι επιστήμονες προτείνουν την εκμετάλλευση ακριβώς αυτών των μικροσκοπικών διαστημάτων, τα οποία λειτουργούν αθροιστικά σαν ένα γιγαντιαίο σφουγγάρι ικανό να συγκρατήσει τεράστιους όγκους αέρα υπό εξαιρετικά υψηλή πίεση. Η διαδικασία ξεκινά όταν το ενεργειακό δίκτυο καταγράφει υπερπαραγωγή από ηλιακά πάρκα και ανεμογεννήτριες, μια συνθήκη που παρατηρείται ολοένα και συχνότερα κατά τις μεσημβρινές ώρες του καλοκαιριού ή τις ημέρες με ισχυρούς ανέμους, όπου η προσφορά ξεπερνά κατά πολύ τη ζήτηση.
Αντί να απενεργοποιούνται οι σταθμοί παραγωγής για να προστατευτεί το δίκτυο από την υπερφόρτωση, το ηλεκτρικό πλεόνασμα τροφοδοτεί τεράστιους βιομηχανικούς συμπιεστές, οι οποίοι αντλούν ατμοσφαιρικό αέρα, τον συμπιέζουν και τον ωθούν μέσω εξειδικευμένων φρεατίων προς τα υπόγεια στρώματα. Εκεί, ο αέρας καταλαμβάνει τον διαθέσιμο χώρο, σπρώχνοντας το προϋπάρχον αλμυρό νερό και παραμένοντας σφραγισμένος χάρη στα υπερκείμενα, αδιαπέραστα πετρώματα που λειτουργούν ως φυσικά καπάκια.
Η μηχανική της ανάκτησης παρουσιάζει ίσως το μεγαλύτερο τεχνολογικό ενδιαφέρον, καθώς προσομοιάζει τη λειτουργία των παραδοσιακών μονάδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, αφαιρώντας όμως πλήρως τον παράγοντα της καύσης ορυκτών καυσίμων. Όταν η ζήτηση στο δίκτυο αυξάνεται και η παραγωγή από τις ανανεώσιμες πηγές μειώνεται απότομα κατά τις βραδινές ώρες, το σύστημα ανοίγει τις βαλβίδες ελέγχου επιτρέποντας στον εγκλωβισμένο αέρα να αναδυθεί με ορμή προς την επιφάνεια λόγω της τεράστιας διαφοράς πίεσης. Ο αέρας καθώς εκτονώνεται, αποκτά τρομακτική κινητική ενέργεια η οποία κατευθύνεται σε ειδικά σχεδιασμένους στροβίλους, τους οποίους περιστρέφει με μεγάλη ταχύτητα, οδηγώντας τελικά τις γεννήτριες στην παραγωγή καθαρής ηλεκτρικής ενέργειας που επιστρέφει άμεσα στο δίκτυο.
Σύγκριση με το λίθιο, το υδρογόνο και τις παραδοσιακές λύσεις
Προσεγγίζοντας το ζήτημα της αποθήκευσης μέσα από το πρίσμα των υφιστάμενων εμπορικών λύσεων, καθίσταται σαφές πως η αποθήκευση πεπιεσμένου αέρα στο υπέδαφος δεν έρχεται να αντικαταστήσει τις μπαταρίες ιόντων λιθίου, αλλά να καλύψει ένα εντελώς διαφορετικό φάσμα απαιτήσεων. Οι χημικές μπαταρίες που τοποθετούνται σήμερα σε μεγάλα πάρκα δίπλα από φωτοβολταϊκούς σταθμούς προσφέρουν αστραπιαίους χρόνους απόκρισης και είναι ιδανικές για τη ρύθμιση της συχνότητας του δικτύου σε επίπεδο δευτερολέπτων. Αντιμετωπίζουν, ωστόσο, τεράστια εμπόδια όταν καλούνται να παρέχουν ενέργεια για εκτεταμένες χρονικές περιόδους λόγω του τεράστιου κόστους κατασκευής και της περιορισμένης χωρητικότητας τους. Παράλληλα, ταλανίζονται από σοβαρά ζητήματα γήρανσης των κελιών τους, καθώς οι κύκλοι φόρτισης και εκφόρτισης μειώνουν σταδιακά την αποδοτικότητα τους, σε ευθεία αντίθεση με τους γεωλογικούς ταμιευτήρες που παραμένουν αναλλοίωτοι στον χρόνο και μπορούν να δεχθούν πρακτικά άπειρους κύκλους λειτουργίας.
Στον αντίποδα, η λύση της παραγωγής και αποθήκευσης πράσινου υδρογόνου κρύβει σημαντικούς τεχνικούς σκοπέλους που σχετίζονται με τον χειρισμό ενός εξαιρετικά εύφλεκτου αερίου. Το υδρογόνο απαιτεί ειδικές υποδομές μεταφοράς, δεξαμενές ικανές να αντέξουν ακραίες πιέσεις και θερμοκρασίες, ενώ διαθέτει την επικίνδυνη ιδιότητα να διαρρέει εύκολα μέσα από τις συμβατικές σωληνώσεις. Το σύστημα πεπιεσμένου αέρα εξαλείφει πλήρως αυτούς τους κινδύνους, αφού το μέσο αποθήκευσης είναι ο απλός ατμοσφαιρικός αέρας, ο οποίος παραμένει εντελώς ακίνδυνος, μη τοξικός και δεν επιφέρει καμία χημική αντίδραση στο περιβάλλον αν υπάρξει κάποια διαρροή.
Η σταθεροποίηση του δικτύου και το πλεονέκτημα του "Black Start"
Το πιο εντυπωσιακό τεχνικό χαρακτηριστικό αυτής της προσέγγισης, σύμφωνα με τον ερευνητή Ricardo Pereira από το τμήμα GeoBioTec της Σχολής Επιστημών και Τεχνολογίας NOVA της Λισαβόνας, εντοπίζεται στην ικανότητα του συστήματος να πραγματοποιεί εκκίνηση από το μηδέν. Η λειτουργία "Black Start" είναι απολύτως κρίσιμη για την ασφάλεια των εθνικών δικτύων σε περιπτώσεις γενικού μπλακάουτ, καθώς η βεβιασμένη εκτόνωση του αποθηκευμένου αέρα συμβαίνει σχεδόν ακαριαία, επιτρέποντας στους διαχειριστές του συστήματος να επαναφέρουν την τάση στο δίκτυο άμεσα και να τροφοδοτήσουν τις κρίσιμες υποδομές.
Παρά τον προφανή ενθουσιασμό που προκαλούν τα επιστημονικά ευρήματα, η μετάβαση από το θεωρητικό μοντέλο στην πλήρη εμπορική εκμετάλλευση παραμένει μια περίπλοκη διαδικασία που αναμένεται να απαιτήσει από πέντε έως δέκα χρόνια ερευνών. Η εγκατάσταση ενός τέτοιου έργου προϋποθέτει την εκπόνηση λεπτομερέστατων γεωλογικών μελετών για την επιβεβαίωση της ακεραιότητας των υπόγειων σχηματισμών, προκειμένου να διασφαλιστεί ότι δεν υπάρχουν μικρο-ρήγματα από τα οποία θα μπορούσε να διαφύγει ο αέρας. Ακολουθεί η δαπανηρή φάση των δοκιμαστικών γεωτρήσεων, η δημιουργία των πιλοτικών εγκαταστάσεων και η θέσπιση ενός εντελώς νέου νομικού και ρυθμιστικού πλαισίου.
Με τη ματιά του Techgear
Εφαρμόζοντας τα παραπάνω τεχνικά δεδομένα στην ελληνική πραγματικότητα, το σύστημα αποθήκευσης σε πορώδη πετρώματα αποκτά τεράστια αξία για το εγχώριο ενεργειακό σύστημα. Η Ελλάδα καταγράφει ήδη τρομακτικά επίπεδα περικοπών στην παραγωγή των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΑΠΕ) τους ανοιξιάτικους και φθινοπωρινούς μήνες, καθώς το δίκτυο αδυνατεί να απορροφήσει τις χιλιάδες μεγαβατώρες που παράγουν τα φωτοβολταϊκά πάρκα κατά τις μεσημβρινές ώρες. Ενώ ο εθνικός σχεδιασμός προκρίνει μέχρι στιγμής τα έργα αντλησιοταμίευσης και τις εγκαταστάσεις μεγάλων συστοιχιών μπαταριών BESS (Battery Energy Storage Systems), οι λύσεις αυτές σκοντάφτουν συχνά σε τοπικές αντιδράσεις, χρονοβόρες περιβαλλοντικές αδειοδοτήσεις και υψηλά κόστη πρώτων υλών.
Η αξιοποίηση των κατάλληλων γεωλογικών δομών, όπως για παράδειγμα τα εξαντλημένα κοιτάσματα φυσικού αερίου στην περιοχή της Καβάλας ή άλλες κατάλληλες ιζηματογενείς λεκάνες στον ελλαδικό χώρο, θα μπορούσε να προσφέρει λύσεις αποθήκευσης κλίμακας Terawatt-hour. Μια τέτοια υποδομή επιλύει οριστικά το πρόβλημα της εποχικής διακύμανσης των ΑΠΕ χωρίς να αλλοιώνεται το φυσικό τοπίο.
Το γεγονός ότι η χώρα μας διαθέτει ήδη βαριά βιομηχανική τεχνογνωσία στις γεωτρήσεις ανοίγει τον δρόμο για τη διερεύνηση παρόμοιων τεχνολογιών, θέτοντας τα θεμέλια για ένα πραγματικά αυτόνομο και ανθεκτικό ενεργειακό σύστημα βασισμένο αποκλειστικά στη δική μας γεωλογία.
Διαβάστε επίσης
