به گزارش Mining Technology، با گسترش انرژیهای تجدیدپذیر متناوب، تقاضا برای ذخیرهسازی انرژی طولانیمدت (LDES) نیز به شدت افزایش یافته است. با این حال، از آنجا که زمینشناسیها و کاربردهای مختلف نیازمند راهکارهای اختصاصی هستند، توسعهدهندگان روزبهروز بیشتر به سمت محیطهای زیرزمینی روی میآورند. ذخیرهسازی زیرزمینی برخی از محدودیتهای باتریهای الکتروشیمیایی سنتی، از جمله افت کارایی، فرار حرارتی و محدودیتهای زنجیره تأمین را دور میزند. با این وجود، ذخیرهسازی انرژی هوای فشرده (CAES) و ذخیرهسازی انرژی گرانشی زیرزمینی (UGES) چالشهای فنی و اقتصادی خاص خود را به همراه دارند. در این راستا، با دو ارائهدهنده فناوری ذخیرهسازی انرژی زیرزمینی گفتوگو شده است تا مشخص شود این بخش چگونه در سطح زمین و زیر آن در حال شکلگیری است. طلعت آزاد، مدیرعامل شرکت Storelectric، به بررسی CAES میپردازد، در حالی که مارک سوئینرتون، بنیانگذار و مدیرعامل شرکت Green Gravity، ظرایف فنی UGES را تشریح میکند. همچنین ادوارد باربور، دانشیار سیستمها و ذخیرهسازی انرژی در دانشگاه بیرمنگام، چشمانداز کلی این حوزه را مورد ارزیابی قرار میدهد.
در خصوص نحوه عملکرد این فناوریها، باربور توضیح میدهد که در سیستم CAES، هوا و حرارت ذخیره میشوند و در زمان نیاز به انرژی، این دو با هم ترکیب شده تا هوای داغ و پرفشار تولید کنند که برای چرخاندن توربین استفاده میشود. اگرچه افت کارایی در این سیستم اجتنابناپذیر است، اما شرکت Storelectric امیدوار است به کارایی حدود ۶۲ درصد دست یابد، هرچند آزاد اشاره میکند که دو نیروگاه CAES این شرکت در حال حاضر در محدوده ۴۲ درصد قرار دارند. او میافزاید: «انرژی واقعی قابل استفاده در سمت دیگر شبکه، به دلیل میزان کارایی نیروگاه، کمتر از انرژی موجود در حفره خواهد بود.» در مقابل، UGES مفهومی کاملاً متفاوت دارد و بر پتانسیل گرانشی متکی است. باربور در این باره میگوید: «UGES وزنهها را به بالا و پایین حرکت میدهد. شما هنگامی که وزنه در بالاترین نقطه است، انرژی پتانسیل گرانشی ذخیره میکنید و سپس با پایین آمدن وزنه، آن انرژی را از طریق یک موتور آزاد میکنید.» سوئینرتون دلیل مناسب بودن شفتهای معدنی برای UGES را اینگونه توضیح میدهد: «فیزیک حاکم بر این موضوع بیان میکند که انرژی برابر است با جرم ضربدر ارتفاع. بنابراین، فناوری ما با داشتن جرم و ارتفاع زیاد تغذیه میشود.»
در ارزیابی اقتصادی معادن در برابر حفرههای نمکی، باربور تأکید میکند که طرفداران هر یک از این فناوریها بیان میکنند که احتمالاً مکانهای خاصی وجود دارد که یک فناوری خاص در آنجا بهترین عملکرد را دارد. در فناوری CAES، این زمینشناسی است که حفرههای نمکی را به مکانی ایدهآل تبدیل میکند. باربور میگوید در مناطقی که رسوبات نمکی دارای عمق مناسبی در حدود ۵۰۰ متر هستند، CAES از نظر اقتصادی مقرونبهصرفه میشود و ممکن است هزینه آن به کمتر از ۵ پوند (۶.۷۵ دلار) به ازای هر کیلوواتساعت برسد. آزاد نیز میافزاید که حفرههای نمکی دوام بالایی دارند و پس از تولید، با انجام بازرسیهای دورهای دهساله، میتوانند دههها و حتی صدها سال دوام بیاورند. او همچنین اشاره میکند که اگرچه معادن سنگ سخت نیز برای CAES در نظر گرفته شدهاند، اما خطر نشت در آنها وجود دارد، در حالی که نمک دارای مزیت منحصربهفرد خودمهرشوندگی است. از سوی دیگر، سوئینرتون معادن متروکه را یکی از بهترین مکانها برای یافتن ارتفاع میداند که پروفایل فنی-اقتصادی قویتری در UGES به آنها میبخشد. شفتهای معدنی نیز مانند حفرههای نمکی، دوام بالایی دارند و زیرساختهای آنها دههها یا بیشتر عمر میکنند. او با اشاره به پتانسیل مقیاسپذیری میگوید: «نزدیک به دو میلیون معدن در سطح جهان وجود دارد که در حال حاضر بسته شدهاند؛ بنابراین اولین دلیل برای تغییر کاربری معادن جهت ذخیرهسازی انرژی، استفاده مجدد از زمین، داراییها و موقعیت آنهاست.»
در زمینه ظرفیتهای بالقوه، در سیستم UGES، ظرفیت ذخیرهسازی به جرم و ارتفاع بستگی دارد. سوئینرتون میگوید صدها هزار معدن متروکه به عنوان شفتهای معدنی با اندازه متوسط طبقهبندی میشوند که پتانسیل ذخیرهسازی انرژی بین ۲۰ تا ۵۰ مگاواتساعت را ارائه میدهند. در مقایسه، شفتهای معدنی بزرگتر که آنها نیز به وفور یافت میشوند، ظرفیت بالقوه حتی بیشتری دارند: «ما در حال صحبت درباره ۱۵۰ تا ۳۵۰ مگاواتساعت انرژی در یک شفت بزرگ هستیم، که نشاندهنده چگالی انرژی بسیار بالاست. با توجه به اینکه بسیاری از معادن دارای این شفتها میتوانند چندین شفت داشته باشند – اغلب میتوان به ده شفت معدنی در یک معدن واحد اشاره کرد – ما درباره پتانسیلهای ذخیرهسازی در مقیاس گیگاواتساعت برای فناوری خود در این مکانها صحبت میکنیم.» در سیستم CAES، ظرفیت ذخیرهسازی به اندازه حفره بستگی دارد. شرکت Storelectric اخیراً یک سایت به مساحت حدود ۵۵۰ جریب فرنگی در تیسساید را خریداری کرده است که به دلیل تاریخچهاش به عنوان یک قطب بزرگ صنعتی و شیمیایی، غنی از حفره است. آزاد میگوید میانگین حجم این حفرهها حدود ۶۰,۰۰۰ متر مکعب است که معادل حدود ۲۵۰ مگاواتساعت انرژی میباشد و احتمالاً میتواند انرژی مورد نیاز ۷۰,۰۰۰ تا ۸۰,۰۰۰ خانه را برای یک ساعت تأمین کند. با این حال، او یک نکته احتیاطی مهم را اضافه میکند: «این چگالی انرژی در خود حفره است. وقتی واقعاً میخواهید آن انرژی را از طریق یک توربین آزاد کنید، باید افت کارایی را نیز در نظر بگیرید. انرژی واقعی قابل استفاده در سمت دیگر شبکه کمتر خواهد بود.»
فناوریهای ذخیرهسازی انرژی طولانیمدت زیرزمینی هنوز در مراحل اولیه خود هستند. شرکت Green Gravity اولین نیروگاه آزمایشی خود را در سال ۲۰۲۳ راهاندازی کرد، در حالی که خرید اخیر سایت تیسساید توسط Storelectric، نقطه اوج یک فرآیند راستیآزمایی سهساله بود. با این وجود، نوآوری در این فضا همچنان در حال کسب شتاب است که توسط نیاز فزاینده به راهکارهای ذخیرهسازی اختصاصی برای حمایت از پایداری شبکه هدایت میشود. باربور بالغترین فرصتها برای حفرههای نمکی را اینگونه ارزیابی میکند: «ذخیرهسازی هیدروژن در حفرههای نمکی، به نظر من، فناوری پیشرو است. ذخیرهسازی بیومتان در حفرههای نمکی نیز بسیار هیجانانگیز است.» او همچنین ذخیرهسازی حرارتی را برخی از در دسترسترین و سادهترین فرصتها مینامد و خاطرنشان میکند که این موضوع از اهمیت بالایی برخوردار است، زیرا ما عموماً میتوانیم حرارت را برای مدت زمان نسبتاً طولانی و با هزینه کم ذخیره کنیم، و بنابراین ممکن است به عنوان یک گزینه منطقی عمل کند در مواردی که انرژی بعداً به صورت حرارت مورد نیاز است.