تُعدّ محطات تخزين طاقة الهواء المضغوط (CAES) وسيلةً مهمةً لتنظيم ذروة الطلب على الطاقة المتجددة وتلبية احتياجاتها؛ ما يوجّه الاهتمام إلى الكهوف الملحية بوصفها أفضل المواقع لإنشاء هذه المحطات.
وتتميز تقنية تخزين طاقة الهواء المضغوط بموثوقية عالية، وعمر تشغيلي طويل، وسعة تركيبية كبيرة، ودورة تخزين طويلة، فضلًا عن نظافتها وملاءمتها للبيئة.
ووفق التفاصيل التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة، درسَ فريق بحثي صيني مدى استقرار استعمال الآبار الأفقية المتصلة (TWH) على المدى الطويل، والواقعة في طبقات ملحية مائلة منخفضة الجودة، لتخزين طاقة الهواء المضغوط.
وتُركِّز هذه الدراسة على محطات تخزين طاقة الهواء المضغوط المتصلة أفقيًا في الكهوف الملحية ذات الطبقات الملحية المائلة منخفضة الدرجة، وتحديدًا على تأثير زوايا ميل التكوين في سلامة المحطات.
تخزين طاقة الهواء المضغوط
يعتمد تخزين الطاقة تحت الأرض أساسًا على استعمال مساحات مثل الكهوف الملحية، والحجرات الاصطناعية، والمناجم المهجورة، والخزانات الجوفية، ومكامن النفط والغاز المستنفدة.
وتُعدّ الكهوف الملحية من بين أفضل وسائط تخزين الطاقة لتخزين النفط والغاز الطبيعي والهواء المضغوط والهيدروجين، بفضل مساحتها الواسعة وخصائصها الممتازة، مثل إحكام إغلاقها، واستقرارها، وسهولة حقنها، واستخراجها.
وتستعمل جميع محطات تخزين طاقة الهواء المضغوط المُنشأة حاليًا الكهوف الملحية خزّانات للتخزين، ولكن تتكون موارد الملح في الصين بشكل رئيس من صخور ملحية طبقية منخفضة الجودة، تتميز بكثرة طبقاتها، وقلة سمك الطبقة الواحدة، ووجود العديد من الطبقات البينية صعبة الذوبان، ما ينتج عنه خصائص ميكانيكية معقّدة للصخور الملحية.
وتتميز تقنية التعدين بالحفر الأفقي للآبار بقدرة عالية على التكيف مع الطبقات الملحية، وهي مناسبة لمختلف أنواعها؛ إذ تتميز بمعدل تدفّق عالٍ، وسرعة تكوين الكهوف، وتركيز عالٍ للمحلول الملحي، ما يجعلها مناسبة بشكل خاص لمناجم الصخور الملحية الطبقية المعقّدة في الصين.
الكهوف الملحية في الصين
يوجد في الصين عدد كبير من الكهوف القديمة غير المستغلة التي تشكلت بهذه الطريقة، ويمكن تطبيقها -أيضًا- في إنشاء مرافق تخزين الطاقة الجديدة.
وأوضح الفريق البحثي: "تشير البيانات الإحصائية إلى أن نحو 85% من الكهوف الملحية الموجودة في الصين هي من نوع الآبار الأفقية المتصلة. مع توسُّع خزانات تخزين الطاقة في الكهوف الملحية، أصبحت الكهوف عالية الجودة ذات الظروف الجيولوجية الملائمة نادرة بشكل متزايد".
وتابع: "تضم الصين العديد من الكهوف الملحية من نوع الآبار الأفقية المتصلة ذات المحتوى الرسوبي العالي، حيث يصل محتوى الرواسب في بعضها إلى 90%، أو حتى مدفونة بالكامل.. لذلك، فإن البحث في كهوف الآبار الأفقية المتصلة الموجودة في طبقات ملحية مائلة منخفضة الجودة يحمل أهمية هندسية بالغة".
وتستند الدراسة إلى نموذج مبسّط من الآبار الأفقية المتصلة في مدينة تشيانجيانغ، الواقعة في المنطقة الجنوبية الوسطى من مقاطعة هوبي الصينية.
ونُشرت نتائج الفريق الصيني في بحث بعنوان "تقييم استقرار تخزين طاقة الهواء المضغوط في كهوف ملحية أفقية متصلة في طبقات ملحية مائلة منخفضة الدرجة"، نُشر بمجلة "إيرث إنرجي ساينس" (Earth Energy Science).
وشارك في الدراسة علماء من جامعة تشونغتشينغ الصينية، ومعهد سينوبك لأبحاث استكشاف وإنتاج النفط، والمختبر الرئيس التابع لوزارة الموارد الطبيعية لتقييم وتطوير الغاز الطبيعي غير التقليدي في المناطق التكتونية المعقّدة، ومعهد غويتشو لأبحاث هندسة استكشاف وتطوير النفط والغاز.
تخزين طاقة الهواء المضغوط في الكهوف الملحية
وفق التفاصيل التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة، صُمِّم كهف الملح المستعمل في نظام تخزين طاقة الهواء المضغوط بشكل بيضاوي مثالي، بطول 800 متر، وعرض 300 متر، وسماكة 800 متر.
استنادًا إلى خصائص منجم تشيانجيانغ للملح، درس الباحثون تأثير عمق الدفن عند 5 أعماق مختلفة للسقف: 500 متر، و800 متر، و1200 متر، و1600 متر، و2000 متر.
بالإضافة إلى ذلك، درس الفريق زوايا ميل تبلغ 7.5° و15° و20° و25° و30°، وتُعدّ زاوية الميل هي الزاوية التي تميل بها طبقة صخرية بالنسبة للمستوى الأفقي.
وكلّما زادت زاوية الميل، زادت حدّة ميل الطبقة، ومن ثم يكون أحد جانبي الكهف أعمق، ويتحمل وزنًا أكبر من الجانب الآخر.
وتمّت محاكاة نظام تخزين طاقة الهواء المضغوط ليعمل لمدّة 30 عامًا، بمعدل 8 ساعات شحن و5 ساعات تفريغ يوميًا.
واختار الفريق 4 معايير تقييم لاستقرار كهوف الملح في نظام تخزين طاقة الهواء المضغوط على المدى الطويل عند أعماق وزوايا مختلفة: معدل انكماش الحجم (VSR)، وحجم المنطقة البلاستيكية (PZV)، وأقصى إزاحة للصخور المحيطة (Dis-Max)، ومعامل الأمان (SF).
واقترح الباحثون أنه بالنسبة للكهوف الملحية العميقة التي يزيد عمقها على 1500 متر، ينبغي إعطاء الأولوية للتحكم في زاوية الميل بحيث لا تتجاوز 20 درجة، في حين بالنسبة للكهوف الضحلة التي يقلّ عمقها عن 1000 متر، يمكن تخفيف زاوية الميل المسموح بها إلى 30 درجة.
كما ذكروا أن هذه الدراسة تُقدّم إرشادات مرجعية مهمة لإنشاء مرافق تخزين طاقة الهواء المضغوط في طبقات الملح المائلة المنتشرة على نطاق واسع في جميع أنحاء الصين.
موضوعات متعلقة..
- أكبر محطة لتخزين طاقة الهواء المضغوط في العالم تحقق إنجازًا
- تشغيل أكبر محطة لتخزين طاقة الهواء المضغوط في الصين
- تخزين طاقة الهواء المضغوط.. تقنية جديدة تتوسع في أستراليا
اقرأ أيضًا..
- ارتفاع احتياطيات النفط العالمية في 2025.. وهذه أكبر 10 دول
- حقل أفروديت للغاز يستعد للتصدير إلى مصر بقرار جديد
- مشروع نيوم للهيدروجين الأخضر في السعودية يقترب من الإنجاز
- وحدات تخزين الكهرباء بالبطاريات تشهد انتشارًا واسعًا في أوروبا (تقرير)
المصدر:
