طور عدد من العلماء من جامعة سيليزيا للتكنولوجيا في بولندا تقنية تخزين طاقة الهواء المضغوط (CAES) باستخدام نظام تخزين الطاقة الحرارية (TES) المدمج في عمود منجم مهجور، والذي يتم إعادة استخدامه بشكل فعال كخزان هواء مضغوط، يعمل النظام بدون مصادر حرارة خارجية، ويستخدم ضاغط هواء، وخزان هواء مضغوط مع نظام تخزين طاقة حرارية مدمج ، وموسع للهواء.
قال المؤلف المقابل للبحث لاكاسز بارتيلا، لمجلة pv: “يهدف مفهوم التخزين الخاص بنا إلى إعادة استخدام وحماية البنية التحتية تحت الأرض لما بعد التعدين، والتي غالبًا ما يتم تدميرها بشكل لا يمكن إصلاحه بعد إغلاق المنجم” .
يرى العلماء، أن مواقع التعدين هذه تنطوي على إمكانات بنية تحتية للطاقة منخفضة التكلفة، وصرحت مجموعة البحث: “توجد ممرات المناجم عادة بالقرب من محطات الطاقة و/ أو محطات التوزيع”، “هذا يسمح باستخدام البنية التحتية لربط الشبكة الحالية، بالإضافة إلى ذلك، فإن القرب من المناطق عالية التصنيع يقلل من خسائر نقل الطاقة، يؤدي عدم وجود متطلبات لبناء خزان تخزين TES فوق الأرض إلى توفير المساحة المحدودة المتاحة “.
يعمل النظام بدون استخدام مصادر حرارة خارجية ، ويستخدم ضاغط هواء، وخزان هواء مضغوط مع نظام تخزين طاقة حرارية مدمج ، وموسع للهواء، يمكن أن تكون عناصر النظام إما من قسم واحد أو قسمين.
في تكوين النظام المقترح ، يتم تضمين خزان TES وتوصيله بغلاف العمود، يساعد هذا في تقليل فقد الحرارة ، حتى عندما تترك الحرارة مادة التراكم وتمر عبر الهواء في خزان العمود، يتم تكييف نظام TES نفسه مع هندسة العمود، ويتم تقليل مجال التوصيل الحراري، مما يؤثر بشكل إيجابي على كفاءة الطاقة في عملية تخزين الحرارة.
وأوضح بارتيلا أن “الميزة الأكبر لوضع نظام TES في حجم خزان الضغط هي إمكانية استخدام هيكل قشرة رقيقة الجدران توضع فيه مادة تخزين الطاقة الحرارية”. “يسمح هذا بتخفيض كبير في تكلفة نظام TES.”
تُستخدم الأسطوانات الفولاذية ذات الجانب السفلي المثقوب لتقسيم الخزان إلى أجزاء ، مما يتيح سهولة التركيب والفحص الدوري لطبقة المواد الممتصة للحرارة، حدد العلماء “الاتصال بين الأقسام سيكون ممكنًا باستخدام السلالم ، والتي تعد أيضًا جزءًا من نظام تحديد المواقع الرأسي TES”.
في مرحلة الشحن، يتم استخدام الكهرباء لتشغيل الضاغط. يتم شحن النظام الهجين تحت الأرض بهواء ساخن ومضغوط يتم حقنه في الخزان من خلال خط أنابيب مدخل مع صمام إغلاق مدمج،. ثم يتدفق الهواء عبر نظام TES ، مما يؤدي إلى تسخين مادة التخزين.
في مرحلة التفريغ، يتدفق الهواء عبر نظام TES ليأخذ الحرارة من مادة التراكم. ثم يذهب الهواء الساخن إلى الموسع ، والذي يقوم بتشغيل المولد الذي ينتج الكهرباء.
وأكدت المجموعة “من المفيد ملء وحدة TES بمادة تراكم حرارة مناسبة بحجم كافٍ لامتصاص الحرارة، وهذا مهم لدرجة تبريد الهواء المخزن”، “من خلال الحد من درجة حرارة هواء التخزين المتصل بقشرة الخزان تحت الأرض، سيتم تقليل فقد الحرارة ، ونتيجة لذلك، سيتم زيادة كفاءة تخزين الطاقة في نظام CAES.”
لقد حسبوا لمنشأة تخزين الهواء المضغوط بحجم 60.000 م 3 وضغط أقصى يبلغ 5 ميجا باسكال (MPa، بناءً على ذلك، قاموا بحساب سعة تخزين الطاقة للمنشأة عند 140 ميجاوات في الساعة، وكفاءة الرحلة ذهابًا وإيابًا بحوالي70 ٪ ، وكفاءة الطاقة بنسبة 95 ٪ لخزانات تخزين الحرارة.
وأوضحوا أيضًا أنه في حالات استثنائية ، من الممكن الحفاظ على ضغط الهواء يصل إلى 8 ميجا باسكال، اعتمادًا على الخصائص المحددة لعمود المنجم. وأكد بارتيلا “في هذه الحالة ، قد تتجاوز قدرة الطاقة للنظام 200 ميجاوات في الساعة”.
سيكون استخدام الصخور الشائعة مثل الجرانيت أو البازلت في نظام TES مفيدًا للغاية من الناحية الاقتصادية، ومع ذلك، يتم حاليًا إجراء بحث في جامعة سيليزيا للتكنولوجيا على مواد اصطناعية بديلة “.
قدمت المجموعة مفهوم تخزين الطاقة في دراسة تقييم إمكانات الطاقة لنظام تخزين طاقة الهواء المضغوط ثابت الحرارة على أساس نظام تخزين طاقة حرارية جديد في عمود ما بعد التعدين ، والذي تم نشره مؤخرًا في مجلة تخزين الطاقة، واختتم بارتيلا حديثه قائلاً: “نحن نعمل حاليًا فقط على تحسين تصميم خزان تخزين الحرارة ، مما قد يقلل من تكلفة وحدة TES”.
وفقًا للمجموعة، يوجد 139 عمودًا في مناجم الفحم النشطة في بولندا وأيضًا 34 عمودًا في مناجم النحاس والملح الصخري النشطة،. حاليًا ، من المقرر إيقاف تشغيل 39 منها ، يستخدم نصفها تقريبًا في ضخ المياه. يبلغ عمق أعمق الأعمدة أكثر من 1300 متر.
