ذخیره سازی هیدرولیکی پمپ شده: نیروگاه های آبی متحول کننده

• نویسنده:
• نام نویسنده

  آینده نگاری کوانتوم ران
• ژوئیه 11، 2022

خلاصه بینش

تبدیل معادن زغال سنگ قدیمی به باتری‌هایی در مقیاس صنعتی با استفاده از ذخیره‌سازی هیدرولیکی پمپ شده (PHS) روند رو به رشدی در چین است که راه‌حلی منحصر به فرد برای ذخیره‌سازی انرژی و تولید برق ارائه می‌دهد. این روش، در حالی که نویدبخش افزایش پایداری شبکه و حمایت از منابع انرژی تجدیدپذیر است، با چالش هایی مانند آب اسیدی مواجه است که می تواند به زیرساخت آسیب برساند. استفاده مجدد از معادن بسته برای ذخیره انرژی نه تنها به کاهش وابستگی به سوخت های فسیلی و انتشار کربن کمک می کند، بلکه با ایجاد شغل و تشویق شیوه های انرژی پایدار، اقتصادهای محلی را احیا می کند.

زمینه ذخیره سازی آبی پمپ شده

دانشمندان دانشگاه چونگ کینگ چین و شرکت سرمایه گذاری چینی Shaanxi Investment Group در حال آزمایش با استفاده از بزهای معدن زغال سنگ غیر اشغالی (بخشی از معدنی که مواد معدنی به طور کامل یا عمدتاً استخراج شده اند) به عنوان باتری هایی با اندازه صنعتی عمل می کنند. این معادن می‌توانند به‌عنوان مخازن ذخیره‌سازی بالا و زیرسطحی برای طرح‌های ذخیره‌سازی آبی پمپ شده و به پروژه‌های خورشیدی و بادی در مقیاس بزرگ متصل شوند.

پروژه های ذخیره سازی آبی پمپ شده (PHS) آب را بین دو مخزن در ارتفاعات مختلف برای ذخیره و تولید برق منتقل می کند. الکتریسیته اضافی برای پمپاژ آب به مخزن بالایی در دوره‌های کم مصرف برق، مانند شب‌ها یا آخر هفته‌ها، استفاده می‌شود. هنگامی که تقاضای انرژی بالا وجود دارد، آب ذخیره شده از طریق توربین ها مانند یک نیروگاه آبی سنتی آزاد می شود و از مخزن بالاتر به سمت استخر پایین جریان می یابد و برق تولید می کند. همچنین می توان از توربین به عنوان پمپ برای حرکت آب به سمت بالا استفاده کرد.
 
بر اساس تحقیقات دانشگاه و شرکت سرمایه گذاری، 3,868 معدن زغال سنگ بسته در چین برای تغییر کاربری به عنوان طرح های ذخیره سازی آبی پمپ شده در دست بررسی هستند. شبیه‌سازی با استفاده از این مدل نشان داد که یک نیروگاه هیدرولیکی ساخته شده در یک معدن زغال‌سنگ ضعیف شده می‌تواند بازده سیستم سالانه 82.8 درصد را به دست آورد. در نتیجه می توان 2.82 کیلووات انرژی تنظیم شده در هر متر مکعب تولید کرد. چالش اصلی سطوح پایین pH در این معادن است، با آب اسیدی که به طور بالقوه اجزای گیاه را فرسایش می‌دهد و یون‌های فلزی یا فلزات سنگین را منتشر می‌کند که ممکن است به ساختارهای زیرزمینی آسیب برساند و آب‌های مجاور را آلوده کند.

تاثیر مخرب

اپراتورهای برق به طور فزاینده ای به دنبال PHS به عنوان یک راه حل مناسب برای متعادل کردن شبکه های برق هستند. این فناوری به ویژه زمانی ارزشمند می شود که منابع تجدیدپذیر مانند باد و انرژی خورشیدی برای پاسخگویی به تقاضا کافی نباشند. با ذخیره انرژی اضافی به شکل آب در ارتفاع بالاتر، PHS امکان تولید سریع الکتریسیته را در صورت نیاز فراهم می کند و به عنوان یک بافر در برابر کمبود انرژی عمل می کند. این قابلیت استفاده پایدارتر و مطمئن‌تر از منابع انرژی تجدیدپذیر را ممکن می‌سازد و انرژی خورشیدی و بادی را به‌عنوان منابع اولیه برق امکان‌پذیرتر می‌سازد.

سرمایه گذاری در PHS همچنین می تواند از نظر اقتصادی سودمند باشد، به ویژه در مناطقی که دارای مخازن طبیعی یا معادن بلااستفاده هستند. استفاده از این ساختارهای موجود می تواند مقرون به صرفه تر از خرید باتری های شبکه صنعتی در مقیاس بزرگ باشد. این رویکرد نه تنها به ذخیره انرژی کمک می کند، بلکه با تغییر کاربری مکان های صنعتی قدیمی، مانند معادن زغال سنگ، برای اهداف انرژی سبز، به پایداری محیط زیست نیز کمک می کند. در نتیجه، دولت‌ها و شرکت‌های انرژی می‌توانند زیرساخت‌های برق خود را با هزینه‌های مالی و زیست‌محیطی کمتر گسترش دهند و در عین حال تولید انرژی محلی را افزایش داده و انتشار کربن را کاهش دهند.

علاوه بر این، مناطقی که به دلیل بسته شدن معادن زغال سنگ دچار افت اقتصادی شدند، ممکن است فرصت های جدیدی در بخش PHS پیدا کنند. دانش و تخصص موجود نیروی کار محلی، آشنا با چیدمان و ساختار معدن، در این انتقال ارزشمند می شود. این تغییر نه تنها باعث ایجاد اشتغال می شود، بلکه از توسعه مهارت در فناوری های انرژی سبز حمایت می کند و به احیای اقتصادی گسترده تر کمک می کند. 

پیامدهای پروژه های ذخیره آب پمپاژ شده

پیامدهای گسترده تر استفاده مجدد از معادن بسته و مخازن طبیعی در ذخیره سازی هیدرولیکی پمپ شده ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• کاهش هزینه‌های زیرساخت انرژی‌های تجدیدپذیر در مناطق خاص، امکان دسترسی جوامع بیشتری را به انرژی سبز مقرون‌به‌صرفه.
• تبدیل سایت‌های معدنی بلااستفاده به دارایی‌های اقتصادی، ایجاد شغل و کاهش انتشار کربن در مناطق محلی.
• افزایش قابلیت اطمینان شبکه های برق با تکیه بر انرژی های تجدیدپذیر، به حداقل رساندن قطعی و قطعی برق.
• تشویق تغییر در سیاست‌های انرژی به سمت شیوه‌های پایدارتر، تأثیرگذاری بر تمرکز دولت بر منابع انرژی تجدیدپذیر.
• تسهیل کاهش اتکا به سوخت های فسیلی، منجر به کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و بهبود کیفیت هوا می شود.
• ایجاد برنامه های آموزش حرفه ای جدید با تمرکز بر فناوری های انرژی های تجدیدپذیر، پرورش نیروی کار ماهر در بخش های سبز.
• ترویج تمرکززدایی تولید انرژی، توانمندسازی جوامع محلی برای مدیریت و بهره مندی از منابع انرژی خود.
• افزایش علاقه مصرف کنندگان به منابع انرژی تجدیدپذیر، که به طور بالقوه منجر به افزایش سرمایه گذاری ها و محصولات سبز می شود.
• برانگیختن بحث هایی در مورد استفاده از زمین و اثرات زیست محیطی، تأثیرگذاری بر مقررات آینده و افکار عمومی در مورد پروژه های انرژی در مقیاس بزرگ.
• اعتراضات احتمالی فعالان محیط زیست علیه تبدیل معادن قدیمی، ناشی از نگرانی در مورد آلودگی آب و حفظ طبیعی.

سوالاتی که باید در نظر گرفته شود

• به نظر شما چه زیرساخت‌های متروکه دیگری را می‌توان به پروژه‌های ذخیره‌سازی آبی پمپاژی تبدیل کرد؟ 
• آیا معادن آینده (از هر نوع، از جمله طلا، کبالت، لیتیوم و غیره) با در نظر گرفتن استفاده مجدد در آینده طراحی خواهند شد؟