Μελέτη Πορτογάλων επιστημόνων εξετάζει την αποθήκευση ενέργειας με συμπιεσμένο αέρα σε πορώδη πετρώματα· σε βέλτιστο σενάριο τροφοδοτείται μικρή πόλη.
Αποθήκευση ενέργειας στο υπέδαφος: μοιάζει με επιστημονική φαντασία, αλλά στην πραγματικότητα δεν είναι κάτι καινούργιο στο πλαίσιο της γεωλογικής έρευνας. Γνωστή ήδη από τη δεκαετία του 1970, με τα πρώτα πειράματα σε σπηλιές αλατιού στη Γερμανία, αυτή η διαδικασία ανοίγει ένα ολόκληρο πεδίο δυνατοτήτων στον τομέα των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και της ανάγκης για αποθήκευση που αυτές συνεπάγονται.
ΔΙΑΦΉΜΙΣΗ
ΔΙΑΦΉΜΙΣΗ
«Ένα από τα προβλήματα της ενεργειακής μετάβασης είναι ότι διαθέτουμε ολοένα και περισσότερη ενέργεια από ανανεώσιμες πηγές, η οποία όμως δεν μπορεί να αποθηκευτεί», εξηγεί στην Euronews ο Ρικάρντο Περέιρα, ερευνητής του GeoBioTec στη Σχολή Επιστημών και Τεχνολογίας του Πανεπιστημίου NOVA της Λισαβόνας. «Μπορούμε να αξιοποιήσουμε αυτό το πλεόνασμα ηλεκτρικής ενέργειας και να το αποθηκεύσουμε προσωρινά σε πετρώματα στο υπέδαφος, σε βάθος 500, 1000 ή 2000 μέτρων», προσθέτει ο Πορτογάλος ερευνητής.
«Χρησιμοποιώντας τη γη, τα πετρώματα, ως ένα είδος μπαταρίας, μπορούμε να αποθηκεύσουμε ποσότητες ενέργειας ικανές να τροφοδοτήσουν μικρές πόλεις, και αυτή είναι η μεγάλη δύναμη αυτής της τεχνολογίας».
Στην περίπτωση των πορωδών πετρωμάτων, η διαδικασία βασίζεται στην τροφοδότηση συμπιεστών αέρα με το πλεόνασμα ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από ανανεώσιμες πηγές, όπως αιολικές γεννήτριες ή φωτοβολταϊκά, οι οποίοι στη συνέχεια ωθούν τον αέρα –χωρίς υδρογόνο ή CO2 και επομένως χωρίς κίνδυνο έκρηξης– μέσω ενός φρεατίου σε ένα βαθύτερο στρώμα πορώδους πετρώματος.
Ο αέρας γεμίζει τα κενά ανάμεσα στους κόκκους του πετρώματος, τα οποία συνήθως είναι γεμάτα με μη πόσιμο θαλασσινό νερό. Το νερό αυτό μετατοπίζεται, χωρίς να μολύνει οτιδήποτε προορίζεται για ανθρώπινη κατανάλωση. Ο αέρας παραμένει εκεί παγιδευμένος, υπό πίεση, σαν μια «φορτισμένη» μπαταρία, που μπορεί να αξιοποιηθεί ανάλογα με τις ανάγκες.
Όταν χρειαστεί, ο συμπιεσμένος αέρας ανεβαίνει από το φρεάτιο, αποσυμπιέζεται και η δύναμή του κινεί τουρμπίνες στην επιφάνεια, οι οποίες παράγουν ηλεκτρισμό, όπως σε έναν συμβατικό σταθμό, αλλά χωρίς καύση καυσίμων.
Ο Ρικάρντο Περέιρα είναι ένας από τους Πορτογάλους επιστήμονες που εκπόνησαν μια μελέτη με στόχο να προσδιορίσουν πόση ενέργεια θα μπορούσε να αποθηκευτεί, λαμβάνοντας υπόψη τις ιδιαιτερότητες διαφορετικών γεωλογικών συνθηκών.
«Αυτή η μελέτη αξιολογεί, με βάση τις γεωλογικές συνθήκες σε διαφορετικά βάθη, πόση ενέργεια θα μπορούσε πράγματι να αποθηκευτεί υπό διάφορες φυσικές ή θερμοδυναμικές παραμέτρους», εξηγεί στην Euronews, σημειώνοντας ότι, μετά την ανάλυση, «αναπτύχθηκαν διαφορετικά σενάρια» που αποσκοπούν στο να «δώσουν μια εικόνα της μέγιστης ενέργειας που μπορεί να αποθηκευτεί σε διαφορετικά βάθη».
Αποθήκευση ενέργειας για μια πόλη
Στις ενεργειακές προτεραιότητες της Ευρωπαϊκής Επιτροπής περιλαμβάνεται η αύξηση της ικανότητας αποθήκευσης ενέργειας, που θεωρείται «απολύτως απαραίτητη». Η Ευρώπη διαθέτει σήμερα περίπου 55 γιγαβάτ δυναμικό αποθήκευσης. Στόχος είναι να φτάσει τα 200 γιγαβάτ έως το 2030, ώστε να αντιμετωπιστούν οι περιορισμοί του δικτύου, που αυξάνουν τον κίνδυνο μπλακ άουτ και την εξάρτηση από εισαγόμενα ορυκτά καύσιμα.
Σε αυτό το έλλειμμα γιγαβάτ μπορεί να συμβάλει η αποθήκευση συμπιεσμένου αέρα σε πορώδη πετρώματα: σε αντίθεση με τις μπαταρίες ιόντων λιθίου, που κυριαρχούν σήμερα, αυτή η τεχνολογία στοχεύει στην αποθήκευση μεγάλης διάρκειας, αξιοποιώντας έναν φυσικό πόρο διαθέσιμο σε μεγάλη κλίμακα.
Η έρευνα, αποτέλεσμα συνεργασίας μεταξύ ερευνητών του Universidade Nova de Lisboa και του Instituto Dom Luiz της Σχολής Επιστημών του Πανεπιστημίου της Λισαβόνας, δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Geoenergy (πηγή στα Πορτογαλικά) και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι, με βάση τα σενάρια που αναλύθηκαν, «ένα μόνο αδιαβατικό-ισοβαρικό σύστημα είναι το πιο ευνοϊκό, ικανό να προσφέρει έως 156 kWh m−3 πυκνότητα ενέργειας και να φτάσει έως και 1 TWh χωρητικότητα αποθήκευσης σε μέγιστο βάθος λειτουργίας τα 3000 μ.».
«Πρόκειται, προφανώς, για το μέγιστο σενάριο, όπου όλες οι βέλτιστες συνθήκες συνυπάρχουν», υπογραμμίζει ο Ρικάρντο Περέιρα, επισημαίνοντας ότι οι τιμές αυτές δίνουν, πάντως, «μια εικόνα της μέγιστης κλίμακας και του δυναμικού» της διαδικασίας.
«Ανάμεσα σε μια εκτιμώμενη ελάχιστη και μια θεωρητικά εκτιμώμενη μέγιστη τιμή υπάρχει μια ολόκληρη γκάμα δυνατοτήτων, αλλά αυτό που δείχνει η μελέτη είναι ότι ένα μόνο ταμιευτήριο –και μιλάμε για προσομοίωση ενός μόνο περιπτώσεως, στην πιο ευνοϊκή εκδοχή–, αυτό το 1 TWh πλησιάζει πολύ την κατανάλωση ορισμένων μεσαίων πόλεων στην Πορτογαλία».
«Black start»: μπορούν να μετριαστούν οι συνέπειες ενός μπλακ άουτ;
Πέρα από τη μεγάλη ικανότητα αποθήκευσης, η μέθοδος αυτή βασίζεται στον λεγόμενο «black start», δηλαδή στην ικανότητα ενός ηλεκτρικού συστήματος να επανεκκινεί χωρίς να εξαρτάται από το δίκτυο.
«Ο συμπιεσμένος αέρας ανταποκρίνεται σχεδόν ακαριαία και έτσι επιτρέπει την ενεργοποίηση και απενεργοποίηση σχεδόν στιγμιαία», εξηγεί ο ερευνητής, κάτι που βοηθά στη σταθεροποίηση του ηλεκτρικού δικτύου, χρήσιμο σε καταστάσεις όπως το ιβηρικό μπλακ άουτ. «Είναι κάτι που, ίσως, αν λειτουργούσε ήδη το 2025, θα μπορούσε να έχει αποφύγει ορισμένα από αυτά τα προβλήματα», λέει ο Ρικάρντο Περέιρα.
«Είναι σαφές ότι το πρόβλημα του μπλακ άουτ ήταν πολύ ευρύτερο και αυτό δεν θα ήταν μια μαγική λύση για να αντιμετωπίσει μια αντίστοιχη κατάσταση, (...) αλλά θα βοηθούσε στη διαχείριση της ισχύος στο δίκτυο».
Σύμφωνα με τον ερευνητή, ο εντοπισμός των ζωνών και των γεωγραφικών χαρακτηριστικών στην Πορτογαλία όπου θα μπορούσαν να εφαρμοστούν τέτοιες λύσεις αποτελεί αντικείμενο τρέχουσας έρευνας, όμως η μελέτη ήδη επιτρέπει την εξαγωγή σαφών συμπερασμάτων που διευκολύνουν αυτόν τον χαρτογραφικό σχεδιασμό.
«Αυτό είναι πράγματι ένα από τα καινοτόμα στοιχεία της μελέτης: δείχνει, πρώτον, ότι όσο βαθύτερα μπορούμε να τοποθετήσουμε το ταμιευτήριό μας σε πορώδη πετρώματα, τόσο περισσότερη ενέργεια μπορεί να απελευθερωθεί», τονίζει ο Ρικάρντο Περέιρα, προσθέτοντας ότι έτσι είναι δυνατό «να συγκρίνουμε με την κατανάλωση ορισμένων περιοχών στα παράλια, κυρίως πόλεων με έντονη βιομηχανική δραστηριότητα, και να αξιολογήσουμε ποιος θα ήταν ο αντίκτυπος ακόμα και στην αποανθρακοποίηση συγκεκριμένων περιοχών, αυξάνοντας την ενεργειακή ανεξαρτησία τους από τα ορυκτά καύσιμα».
Μεταξύ των περιοχών με μεγάλες δυνατότητες αναφέρονται η Λισαβόνα και η Αλμάδα, και οι δύο με σημαντική πληθυσμιακή και βιομηχανική πυκνότητα.
Η νομοθεσία είναι το βασικό εμπόδιο
Προς το παρόν, στην Πορτογαλία η τεχνολογία αυτή παραμένει στα χαρτιά, με ορίζοντα εφαρμογής, σύμφωνα με τον ερευνητή, πέντε έως δέκα ετών, λαμβάνοντας υπόψη τα διάφορα στάδια που απαιτεί: γεωλογική μελέτη, διάνοιξη φρεατίων, πιλοτικό έργο και έναρξη λειτουργίας.
«Υπάρχει ένα σύνολο μελετών που πρέπει να γίνουν, ξεκινώντας από την αναγνώριση της γεωλογίας του υπεδάφους σε μια συγκεκριμένη περιοχή. Κάθε έργο είναι από μόνο του μια τεχνική πρόκληση και, κατά συνέπεια, ακόμη και οι προκαταρκτικές μελέτες απαιτούν χρόνο», εξηγεί.
Κατά τον Ρικάρντο Περέιρα, από πλευράς οικονομικής βιωσιμότητας, η αποθήκευση ενέργειας με συμπιεσμένο αέρα προβάλλει ως μια «ιδιαίτερα συμφέρουσα» λύση, ιδίως αν συγκριθεί με το κόστος άλλων επιλογών όπως το πράσινο υδρογόνο, «το οποίο είναι σήμερα πολύ δαπανηρό».
Σύμφωνα με τον ερευνητή, η Κίνα είναι μία από τις κύριες χώρες που επενδύουν σε τέτοια έργα, με αρκετά ήδη σε εξέλιξη ή υπό μελέτη. Στην Ευρώπη, η Γερμανία έχει επίσης ορισμένα έργα, ακόμη όμως χωρίς πολλά αποτελέσματα, καθώς «αυτές οι τεχνολογίες χρειάζονται χρόνια για να σχεδιαστούν, να ολοκληρωθεί η μηχανολογία τους και να τεθούν σε λειτουργία».
Στην Πορτογαλία, το κύριο εμπόδιο δεν είναι οικονομικό, αλλά ρυθμιστικό.
«Μέχρι σήμερα, απ’ όσο γνωρίζω, δεν υπάρχει ειδική νομοθεσία που να επιτρέπει την υλοποίηση τέτοιων έργων στην Πορτογαλία. Ό,τι βρίσκεται κάτω από τα πόδια μας ανήκει στο κράτος, ανήκει σε όλους μας, επομένως χρειάζεται ειδικό ρυθμιστικό πλαίσιο για αυτού του τύπου την τεχνολογία, όπως υπάρχει ήδη για την αποθήκευση διοξειδίου του άνθρακα», επισημαίνει ο ερευνητής.»
«Ακόμη κι αν μια τολμηρή εταιρεία, με διάθεση επένδυσης, ήθελε να χρηματοδοτήσει μια μελέτη για να υλοποιήσει στη συνέχεια ένα πιλοτικό έργο και να φτάσει στη φάση παραγωγής, χωρίς νόμο αυτό δεν είναι δυνατό. (...) Υπάρχει εδώ ένα πραγματικό εμπόδιο που δεν επιτρέπει στις εταιρείες στην Πορτογαλία να ξεκινήσουν ούτε καν μια στοιχειωδώς στέρεη μελέτη».
Στην Πορτογαλία, σύμφωνα με τον ερευνητή, παραμένει άγνωστος σε βάθος ο αντίκτυπος της τεχνολογίας στην εθνική ενεργειακή κατανάλωση. «Μπορούμε να σκεφτούμε ότι, αν σε μια συγκεκριμένη περιοχή μπορούμε να μειώσουμε κατά 5, 10 ή 15% την κατανάλωση φυσικού αερίου στη διάρκεια της νύχτας, ποια θα ήταν η επίπτωση σε τοπικό ή ακόμη και σε εθνικό επίπεδο», σημειώνει, υπογραμμίζοντας ότι η χώρα διαθέτει εκτεταμένη γεωλογική ζώνη με σημαντικό δυναμικό.
«Γνωρίζοντας τη γεωλογία –και μιλάμε, σε πρώτη ανάλυση, για μια ζώνη που εκτείνεται από τη Λισαβόνα έως το Αβέιρο, τη λεγόμενη Λουσιτανική Λεκάνη–, υπάρχει ένα σύνολο πετρωμάτων με δυνατότητα να λειτουργήσουν ως ταμιευτήρες. Μιλάμε για μια τεράστια περιοχή, η οποία είναι ταυτόχρονα από τις πιο βιομηχανοποιημένες της χώρας, με ισχυρή παρουσία αιολικής, ηλιακής, ακόμη και υδροηλεκτρικής ενέργειας, δηλαδή με διαθεσιμότητα ενέργειας για να τροφοδοτήσει αυτή τη διαδικασία».
Με βάση τις μέχρι σήμερα μελέτες, από άποψη περιβαλλοντικής βιωσιμότητας, ο Ρικάρντο Περέιρα θεωρεί ότι η «μεθοδολογία έχει προοπτικές». Θα μπορούσε, μάλιστα, να αποτελέσει λύση για το ηλεκτρικό δίκτυο και, υπό μια σειρά προϋποθέσεων, «ίσως, σε δέκα χρόνια από σήμερα, αν όλα πάνε καλά, να έχουμε συστήματα συμπιεσμένου αέρα σε λειτουργία, που θα βοηθούν στη διαχείριση του δικτύου και στη μείωση των προβλημάτων της ενέργειας με προσιτό τρόπο και σε λογικό κόστος», υποστηρίζει.