Введение
В эпоху поиска альтернативных способов хранения энергии учёные исследуют самые неожиданные направления. Одним из таких инновационных подходов стало использование соляных каверн для хранения сжатого воздуха. Исследователи из Китая провели детальное изучение горизонтально соединённых соляных каверн и оценили их долгосрочную стабильность. В этой статье мы рассмотрим результаты их работы и подумаем, может ли подобная технология быть применима в России.
Перспективные хранилища энергии: соляные каверны
Учёные из Китая изучили, насколько эффективно можно использовать горизонтально соединённые соляные каверны для хранения энергии сжатого воздуха (CAES). Они сосредоточились на двухскважинных горизонтальных хранилищах (TWH), расположенных в низкопроницаемых пластах каменной соли.
Исследование показало, что около 85 % соляных каверн в Китае подходят для такого типа хранилищ. Однако с расширением сети хранилищ количество высококачественных каверн с благоприятными геологическими условиями неуклонно сокращается. Поэтому особое значение приобретает исследование каверн с менее подходящими характеристиками, например, с наклонным соляным слоем и высоким содержанием осадочных пород.
Особенности соляных каверн в Китае
Многие соляные каверны в Китае характеризуются наклонным соляным слоем и высоким содержанием осадочных пород — в некоторых кавернах их содержание достигает 90 %, а иногда они и вовсе полностью погребены под осадочными породами. Именно поэтому изучение таких каверн представляет большой интерес с инженерной точки зрения.
Для исследования была выбрана упрощённая модель TWH в городе Цяньцзян (провинция Хубэй). Соляная пещера для CAES была смоделирована как идеальный эллипсоид со следующими параметрами:
- длина — 800 метров;
- ширина — 300 метров;
- толщина — 800 метров;
- радиус длинной оси эллипсоида — 100 метров;
- радиус короткой оси — 40 метров;
- диаметр соединительного канала — 15 метров;
- высота соляной пещеры — 200 метров.
Общая толщина соляных пластов и прослоек составляет 286 метров, из которых 190 метров приходится на соляные пласты.
Методика исследования
Исследователи проанализировали, как глубина захоронения влияет на стабильность каверн. Были рассмотрены пять различных глубин кровли:
- 500 метров;
- 800 метров;
- 1200 метров;
- 1600 метров;
- 2000 метров.
Кроме того, учёные изучили углы падения — углы, под которыми слой горной породы наклонён относительно горизонтали. Были исследованы углы в 7,5°, 15°, 20°, 25° и 30°. Чем больше угол падения, тем круче слой, и одна сторона пещеры находится глубже, выдерживая больший вес, чем другая.
Учёные смоделировали работу CAES в течение 30 лет при 8 часах зарядки и 5 часах разрядки в день.
Для оценки долгосрочной стабильности соляных каверн CAES на разных глубинах и под разными углами были выбраны четыре критерия:
- скорость усадки объёма (VSR) — позволяет оценить, насколько каверна теряет объём с течением времени из-за ползучести соли;
- объём пластической зоны (PZV) — показывает объём окружающих пород, которые подверглись необратимой деформации;
- максимальное смещение окружающих пород (Dis-Max) — измеряет максимальное смещение пород в любой точке вокруг каверны;
- коэффициент безопасности (SF) — показывает, насколько далеко текущее состояние напряжения от начала разрушения соли.
Результаты исследования
Анализ показал, что:
- VSR и Dis-Max в соляной каверне увеличиваются по мере роста глубины. После отметки в 1500 метров рост становится значительно более стремительным.
- Увеличение угла падения пласта приводит к большей асимметрии VSR и смещениям в нижней части каверны. Например, при увеличении угла падения на 10° на глубине 2000 метров VSR увеличивается на 3,53 %, а Dis-Max — на 489 мм.
- Осадочное тело существенно смягчает деформацию окружающих пород, и его VSR в меньшей степени зависит от угла падения.
Выводы учёных
На основе проведённого исследования учёные пришли к следующим выводам:
- для глубоких соляных каверн (на глубине 1500 метров и более) важно следить за тем, чтобы угол наклона не превышал 20°;
- для неглубоких каверн (на глубине менее 1000 метров) допустимый угол наклона может достигать 30°.
Учёные считают, что их исследование станет важным ориентиром для строительства объектов хранения энергии сжатого воздуха в наклонных соляных пластах в Китае.
Возможно ли такое в России?
Применение технологии хранения сжатого воздуха в соляных кавернах в России теоретически возможно, но есть ряд факторов, которые необходимо учесть:
- наличие подходящих геологических условий — соляных пластов с необходимыми характеристиками;
- глубина залегания пластов и их геологическая стабильность;
- экономическая целесообразность и стоимость разработки таких хранилищ;
- необходимость разработки и внедрения технологий, адаптированных к российским климатическим и геологическим условиям.
Тем не менее у России есть потенциал для использования этого метода хранения энергии, особенно в регионах с подходящими геологическими условиями.
Любопытные факты о солнечной энергетике в России
Пока мы изучаем инновационные методы хранения энергии, нельзя забывать и о других возобновляемых источниках энергии, таких как солнечная энергетика. Вот несколько интересных фактов:
- в России уже функционирует более 60 солнечных электростанций;
- общая мощность солнечных электростанций в России превышает 2 ГВт;
- самые крупные солнечные электростанции расположены в Калмыкии, Башкирии и Оренбургской области;
- уровень солнечной радиации в южных районах России достаточно высок и подходит для развития солнечной энергетики;
- за последние пять лет мощность солнечных электростанций в России увеличилась более чем в 10 раз.
Значимость возобновляемых источников энергии: мнение экспертов
Эксперты подчёркивают, что переход к возобновляемым источникам энергии — это неизбежный шаг на пути к устойчивому развитию. Солнечная энергетика и инновационные методы хранения энергии могут сыграть ключевую роль в формировании будущего энергетического баланса.
«Возобновляемые источники энергии — это не просто тренд, а необходимость, которая обусловлена как экологическими, так и экономическими факторами», — отмечают специалисты.
Экономическое заключение
Использование соляных каверн для хранения сжатого воздуха может принести ряд экономических выгод:
- повысить надёжность энергоснабжения;
- обеспечить эффективное хранение энергии, произведённой из возобновляемых источников;
- способствовать диверсификации энергетических технологий;
- снизить зависимость от традиционных методов хранения энергии.
Однако для реализации таких проектов необходимы значительные начальные инвестиции, а также проведение детального геологического исследования местности.
Хотите узнать больше о том, как сделать свой дом или бизнес более энергоэффективным? Подписывайтесь на наши социальные сети:
Источник: pv-magazine, EcoNRJ
Исследование китайских учёных демонстрирует, что соляные каверны могут стать эффективным способом хранения энергии. Хотя применение этой технологии в России связано с определёнными трудностями, потенциал для её использования всё же существует. Развитие инновационных методов хранения энергии — важный шаг на пути к энергетической независимости и устойчивому развитию.
#хранениеэнергии #соляныекаверны #возобновляемыеисточникиэнергии #инновациивэнергетике #солнечнаяэнергетика
Мы в EcoNRJ следим за последними тенденциями в области энергетики и готовы делиться с вами самой актуальной информацией. Подписывайтесь на наши каналы и следите за новостями!