Energia w szybie zamknięta
Transformacja energetyczna trwa, a najbardziej z tym wyzwaniem będzie się mierzył Śląsk. Wygaszanie kopalń wymaga poszukiwania alternatywnych źródeł energii, ale też spowoduje skutki społeczne dla wielu osób pracujących w sektorze wydobywczym. dzięki inicjatywom, które już prowadzone są na Politechnice Śląskiej. Likwidowane kopalnie mogą zostać przekształcone w magazyny energii.
Śląsk ma bardzo duży potencjał. Od kilku lat pracuję w zespole, w którym są eksperci m.in. z zakresu energetyki i mamy pomysły, jak wykorzystać tę istniejącą infrastrukturę wygaszanych kopalń. Jeden z projektów to tworzenie magazynów energii w tych miejscach – mówi prof. dr hab. inż. Marcin Lutyński z Katedry Geoinżynierii i Eksploatacji Surowców.
Inicjatywa jest ważna z wielu powodów.
– To właśnie systemy magazynowania energii o średnich oraz dużych pojemnościach, podlegające bezpośrednio operatorowi systemu elektroenergetycznego będą kluczowe dla prowadzenia dalszych procesów dekarbonizacyjnych, do których jesteśmy zobligowani jako kraj, już nie tylko umowami międzynarodowymi, ale także stanem wyczerpania pokładów węgla ekonomicznie uzasadnionych do wydobycia – dodaje dr hab. Łukasz Bartela, prof. PŚ.
Naukowiec należy do grupy pracowników Katedry Maszyn i Urządzeń Wydziału Inżynierii Środowiska i Energetyki, która już 10 lat temu rozpoczęła aktywności w zakresie rozwoju technologii magazynowania energii w sprężonym powietrzu (ang. Compressed Air Energy Storage).
Ponieważ dostrzeżono potencjał w wyrobiskach i potrzebna była specjalistyczna wiedza w tym zakresie, współpraca poszerzyła się o grono naukowców z Wydziału Górnictwa, Inżynierii Bezpieczeństwa i Automatyki Przemysłowej (wówczas Wydziału Górnictwa i Geologii). Dodatkowo nawiązano także współpracę z największą krajową firmą projektową działającą w obszarze technologii energetycznych, jaką jest Energoprojekt-Katowice SA. Tak powstała grupa GEST (Group for Energy Storage Technologies). Aktywność badawcza tego zespołu z czasem została rozszerzona na obszar technologii magazynowania w sprężonym dwutlenku węgla, technologii magazynowania w wodorze oraz w pochodnych wodoru, technologii hybrydowych, magazynowania ciepła.
Pierwszym sukcesem zespołu było wypracowanie innowacyjnej koncepcji integracji systemów magazynowania energii w wodorze oraz w sprężonych gazach, za opracowanie której przyznano nagrodę Nersta.
Aktualnie zespół pracuje nad badaniami w zakresie wykorzystania wyrobisk. O tym, że pomysł może stać się realny świadczy m.in. lokalizacja zakładów górniczych, które są doskonale otoczone drogami dojazdowymi i całą infrastrukturą niezbędną do prowadzenia zakładu.
– Co jest istotne, znamy dobrze geologię tych obszarów, co jest ważne podczas każdej tego typu inwestycji. Zaczynając od zera, musielibyśmy na to rozeznanie poświęcić wiele czasu, ale i funduszy. Tu otrzymujemy już gotowe dane, wystarczy się do nich odpowiednio dostosować – dodaje prof. Lutyński.
Jeden z pomysłów miałby się opierać na magazynowaniu w pokopalnianych szybach skroplonego gazu ziemnego. Dzięki takiej inwestycji, Śląsk mógłby się stać hubem przesyłowym gazu ciekłego z portu w Świnoujściu. Takie rozwiązanie pozwoliłoby zapewnić większe bezpieczeństwo energetyczne kraju. Ukrycie zbiorników z węglowodorami lub sprężonymi gazami pod powierzchnią jest także znacznie bezpieczniejsze i może być tańsze w porównaniu z magazynowaniem powierzchniowym. Takie magazyny są niewrażliwe na zmiany temperatury, pogody i ewentualne ataki terrorystyczne lub militarne.
Kolejnym powodem przemawiającym za proponowaną przez naukowców inwestycją jest ograniczenie przestrzeni w i tak mocno zurbanizowanych miastach województwa śląskiego. Aby jednak projekt się powiódł, naukowcy muszą wziąć pod uwagę wiele czynników.
– Pojemność energetyczna takich systemów może być bardzo zróżnicowana i zależy w szczególności od rodzaju gazu będącego nośnikiem energii, od ciśnienia magazynowania, jak również od samej objętości tych wyrobisk podziemnych, które mają pełnić rolę zbiorników ciśnieniowych, a więc spełniających wymagania techniczne, a w szczególności szczelnych oraz niepodatnych na zawały – wyjaśnia prof. Bartela.
W prowadzonych analizach badacze posługują się szybem referencyjnym o objętości nieco poniżej 65 tys. m3. W przypadku systemu magazynowania energii w sprężonym powietrzu, wykorzystującym opracowane przez grupę GEST rozwiązanie, chronione przez Europejski Urząd Patentowy, pojemność energetyczna systemu może przekroczyć poziom 220 MWh. Dużo mniejszą pojemnością, ale też z cechami znacznie prościej inwestycyjnie adaptowalnymi, charakteryzują się opracowane systemy magazynowania energii w sprężonym dwutlenku węgla.
– Tutaj przy wykorzystaniu szybu referencyjnego, w zależności od ciśnienia, możemy zmagazynować energię w ilości odpowiednio od kilku do nawet ponad 50 MWh – dodaje prof. Bartela.
Biorąc pod uwagę, że w regionie Śląska mamy aktualnie do dyspozycji ponad 200 szybów, można sobie wyobrazić, że teoretycznie pojemność, jaką mamy do zainstalowania, może być liczona w dziesiątkach gigawatogodzin, co pozwoliłoby znacznie poprawić bezpieczeństwo energetyczne kraju oraz wykorzystać efektywnie infrastrukturę pokopalnianą, która może ciągle efektywnie pracować na rzecz naszego regionu.
Mimo wielu zalet, zanim taka inwestycja zostałaby wdrożona w życie, infrastruktura kopalniana musiałaby przejść modernizację. Analizy w tym zakresie są już prowadzone.
– Nawet, jeśli aspekt technologiczny udałoby się odpowiednio dostosować do obecnych potrzeb, wciąż problem z realnym wykorzystaniem dawnych zakładów górniczych stanowią przepisy prawne, zwłaszcza z zakresu prawa geologicznego i górniczego – wyjaśnia prof. Lutyński.
Naukowcy widzą jednak światełko w tunelu.
– Prowadzimy nie tylko prace inżynieryjne, ale też popularyzujące, aby otworzyć decydentom oczy na niepotrzebnie blokowany potencjał. Korzystne byłoby takie sformułowanie procesu likwidacji kopalń, które zabezpieczałoby wybrane wyrobiska pokopalniane do czasu, w którym proces inwestycji w magazyn energii byłby możliwy do przeprowadzenia – proponuje prof. Bartela.
Wkrótce rozpocznie działalność Platforma Transformacji Energetyki DEsire, w ramach której naukowcy chcą organizować interdyscyplinarne aktywności wspierające liberalizację regulacji prawnych wszędzie tam, gdzie jest to możliwe i uzasadnione potrzebą wsparcia bezpieczeństwa energetycznego kraju.
Reprezentanci Politechniki Śląskiej współpracują w tym zakresie z wieloma instytucjami badawczymi i przedstawicielami przemysłu energetycznego, m.in. z Instytutem Technologii Paliw i Energii, Głównym Instytutem Górnictwa, Instytutem Techniki Górniczej KOMAG. Współpracujemy także z firmami takimi jak Tauron PE, jak również SMG Śląsk.
tekst: Katarzyna Siwczyk
zdjęcia: Maciej Mutwil
Tekst pochodzi z Biuletynu 9 (369) 2024
