Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge (ORNL) đã phát triển thành công các công cụ mô hình hóa tiên tiến, có thể biến nhiều mỏ than bỏ hoang của Hoa Kỳ thành các hồ chứa nước ngầm khổng lồ để lưu trữ năng lượng.
Bằng cách tạo ra các mô hình hóa học và thủy động lực học có độ chính xác cao, nhóm nghiên cứu đã vượt qua trở ngại kỹ thuật quan trọng trong việc xác định cách thức các địa điểm không còn hoạt động này, có thể tái sử dụng cho thủy điện tích năng (PSH).
Sự phát triển này mang lại giải pháp kép cho bối cảnh năng lượng của Hoa Kỳ hiện nay. Nó cung cấp khả năng lưu trữ dài hạn cần thiết cho lưới điện trung hòa carbon, đồng thời hồi sinh các cộng đồng khai thác mỏ trước đây.
PSH truyền thống thường được gọi là “pin nước”, nó hoạt động bằng cách luân chuyển nước lên xuống giữa hai hồ chứa ở độ cao khác nhau. Khi điện năng rẻ hoặc dồi dào, nước được bơm lên cao để trữ. Khi nhu cầu điện cao điểm, nước được xả xuống qua turbine để sản xuất điện.
Mặc dù hiện nay PSH chiếm hơn 90% tổng lượng lưu trữ năng lượng quy mô lớn tại Hoa Kỳ, nhưng sự phát triển của PSH trước đây bị kìm hãm bởi yếu tố địa lý. Các nhà máy tiêu chuẩn đòi hỏi có ngọn núi hoặc đồi lớn để tạo ra sự chênh lệch độ cao cần thiết, còn được gọi là “cột áp”.
Bước đột phá của ORNL thay đổi mô hình này bằng cách chuyển hoạt động xuống lòng đất. Cách tiếp cận này tận dụng cơ sở hạ tầng hiện có, bằng cách sử dụng các giếng sâu của các mỏ than bỏ hoang làm hồ chứa phía dưới, thay vì xây dựng các công trình mới trên sườn núi.
Bằng cách đó, mô hình này có thể được mở rộng đến các vùng địa lý bằng phẳng mà trước đây không đủ điều kiện để phát triển PSH. Ngoài ra, việc sử dụng các đường hầm và giếng hiện có, giúp giảm đáng kể chi phí xây dựng và đẩy nhanh tiến độ triển khai.
Việc tái sử dụng một mỏ than rất phức tạp vì môi trường bên trong mỏ có cấu trúc phức tạp và hoạt động hóa học mạnh. Mặc dù PSH dưới lòng đất là cơ hội thú vị, nhưng ngành công nghiệp năng lượng trước tiên phải vượt qua các thách thức như xói mòn hóa học và sự ổn định cấu trúc.
Các mô hình mới của ORNL cho phép các kỹ sư mô phỏng chính xác cách nước di chuyển qua các đường hầm và cách nó tương tác với khoáng chất tự nhiên. Điều này giúp các nhà nghiên cứu dự đoán rủi ro ăn mòn bằng cách xác định cách khoáng chất còn sót lại có thể gây hư hại cho các turbine đắt tiền.
Các mô hình cũng cho phép đánh giá tính toàn vẹn cấu trúc để đảm bảo sự chuyển động nhanh của nước dưới áp suất cao không gây ra hiện tượng nứt hoặc sụp đổ các bức tường mỏ. Các nhà nghiên cứu cũng có kế hoạch phân tích hiệu quả hệ thống để xác định các phương pháp tốt nhất cho việc xây dựng và vận hành tại các địa điểm cụ thể.
