أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية المحسنة (EGS) هي خزانات من صنع الإنسان أو مخصبة داخل سطح الأرض، والتي يمكن استخلاص الحرارة منها لإنتاج الطاقة الحرارية الأرضية، ويمكن للطاقة التي تنتجها هذه الخزانات أن تكون بمثابة مصدر بديل للكهرباء، مما يساعد على التخفيف من انبعاثات الكربون.
حتى الآن، يُنظر إلى أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية المحسنة في المقام الأول على أنها مصادر محتملة ومستقرة وموثوقة للكهرباء ويمكن أن تعمل باستمرار مع مرور الوقت، ومع ذلك، يمكن لهذه الخزانات الحرارية الأرضية أيضًا تخزين الطاقة لفترة أطول قبل تحويلها إلى كهرباء، بدلاً من تحويلها كلها في وقت معين.
أجرى الباحثون في ZERO Lab بجامعة برينستون ومطور EGS Fervo Energy مؤخرًا دراسة لاستكشاف التأثير المحتمل لاستخدام EGSs بمرونة وتخزين الطاقة التي تولدها في الجهود المستمرة طويلة المدى التي تهدف إلى إزالة الكربون من توليد الكهرباء، تم نشر نتائج مشروعهم في مجلة Nature Energy.
قال ويلسون ريكس، المؤلف المشارك للورقة، لـ Tech Xplore: “كانت هذه الورقة عبارة عن تعاون بين مجموعتي البحثية في برينستون، ومختبر ZERO، وFervo Energy، وهي شركة ناشئة تعمل في مجال تكنولوجيا أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية، “كان الهدف من المشروع استكشاف الفوائد المحتملة للعمليات المرنة لكل من أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية المحسنة كصناعة ولشبكات الكهرباء الخالية من الكربون التي قد تشارك فيها”.
عرضها لأول مرة في التسعينيات
كانت فكرة إمكانية تشغيل أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية المحسنة بمرونة موجودة منذ عقود، وتم عرضها لأول مرة في التسعينيات، ومع ذلك، فإن تغير المناخ والجهود المستمرة الرامية إلى إزالة الكربون من أنظمة الطاقة قد أعادت إيقاظ الاهتمام بهذه الفكرة، مما ألهم ريكس ومعاونيه في نهاية المطاف لإجراء دراستهم.
وأوضح ريكس أن “التجدد الأخير لتطوير خدمات السلع والخدمات البيئية والحاجة المتزايدة إلى المرونة وتخزين الطاقة في أنظمة الكهرباء بكميات كبيرة من طاقة الرياح والطاقة الشمسية ألهمتنا لإلقاء نظرة أكثر شمولاً على فوائد هذا النهج”.
وأضاف “قمت أنا وزملائي في التأليف أولاً بإجراء عمليات محاكاة تفصيلية لخزانات EGS التي تخضع لعمليات مرنة. وقد استخدمنا هذه لتطوير تمثيل دقيق لـ EGS المرنة في GenX، وهو نموذج تخطيط نظام الكهرباء مفتوح المصدر الذي يطوره ZERO Lab ويحافظ عليه”.
GenX هو نموذج تحسين تم تطويره من قبل باحثين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) ومختبر ZERO في برينستون، وهو مصمم لتقديم تنبؤات حول الطلب على الكهرباء وتوليدها وتخزينها. يعمل النموذج من خلال تحديد التكوينات الأقل تكلفة لنظام الكهرباء في ضوء مجموعة من التقنيات المتاحة والقيود المادية والسياسية المختلفة.
كجزء من دراستهم، استخدم ريكس ومعاونوه GenX على وجه التحديد لاستكشاف كيف يمكن للتشغيل المرن لـ EGSs أن يؤثر على نشر الطاقة الحرارية الأرضية على المدى الطويل في غرب الولايات المتحدة، بالإضافة إلى ذلك، شرعوا في تحديد ما إذا كانت هذه العمليات المرنة يمكن أن تقلل من تكاليف أنظمة الكهرباء الخالية من الكربون في نفس المنطقة.
وقال ريكس: “لقد حاولنا تمثيل قاعدة موارد الطاقة الحرارية الأرضية المتاحة بأكبر قدر ممكن من التفاصيل، ورسم خرائط للتوافر في درجات حرارة وأعماق مختلفة في جميع أنحاء المنطقة”، “لقد قمنا أيضًا بدمج تفاصيل إضافية مثل تقلب درجة حرارة الهواء المحلي كل ساعة، والذي له تأثير على إنتاج الطاقة لبعض محطات الطاقة الحرارية الأرضية.”
تشير التحليلات التي أجراها هذا الفريق من الباحثين إلى أن منتجات EGS يمكن أن تكون مصدرًا أكثر فائدة لإزالة الكربون من الكهرباء مما كان متوقعًا في السابق، وتبين أن التشغيل المرن لهذه الأنظمة وتخزين الطاقة داخل الخزانات يعزز بشكل كبير مساهمتها في جهود إزالة الكربون، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف إمدادات الكهرباء بالجملة.
وقال ريكس : “من خلال توفير توليد نظيف وثابت وتخزين الطاقة على المدى الطويل ، يمكن أن تعمل EGS كمكمل متكامل لطاقة الرياح والطاقة الشمسية الرخيصة، ولكن المتقطعة”، “تشير نتائجنا أيضًا إلى أن جهود البحث والتطوير في مجال الخدمات البيئية والاجتماعية يجب أن تركز بنفس القدر على زيادة “قيمة” التكنولوجيا من خلال التشغيل المرن بقدر ما تركز على تقليل تكلفتها.”
التحول إلى التشغيل المرن لخدمات EGS
بشكل عام، يشير العمل الذي قام به هذا الفريق من الباحثين إلى أن التحول إلى التشغيل المرن لخدمات EGS وإدخال تخزين الطاقة الحرارية الأرضية على المدى الطويل في الخزان يمكن أن يكون مفيدًا لخفض تكلفة الكهرباء في جميع أنحاء غرب الولايات المتحدة، وربما أيضًا في مناطق أخرى.
في جميع أنحاء العالم. يمكن لهذه الدراسة أن تفيد الجهود البحثية المستقبلية وصنع السياسات، مما قد يساهم في استثمارات جديدة في أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية.
وأضاف ريكس: “نخطط الآن لمواصلة استكشاف كيف يمكن أن تلعب أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية، دورًا في إزالة الكربون من الكهرباء، لا سيما من خلال تحديد المسارات المحتملة من حالة التكنولوجيا الناشئة إلى النشر على نطاق واسع”، “على الجانب الهندسي، تم عرض المبادئ الأساسية للتشغيل المرن بنجاح في موقع مشروع Fervo التجريبي في نيفادا في الربيع الماضي، ويتم التخطيط لمزيد من أعمال العرض التوضيحي وإزالة المخاطر”.
