中國儲能網(wǎng)訊：近日，SPE《Journal of Petroleum Technology》雜志發(fā)布文章，兩家美國能源公司正在開展通過水力壓裂、利用地下巖層進行大規(guī)模儲能的技術測試。
該項技術根據(jù)抽水儲能的原理，采用石油和天然氣工業(yè)開發(fā)的水力壓裂技術，充分利用遍布美國的廢棄石油井、天然氣井和地熱井，將其變?yōu)槌樗畠δ茈娬尽?
這一研究得到美國能源部及國際鉆井承包商Nabors Industries等的支持。實驗測試結(jié)果顯示，該技術用于發(fā)電的前景良好，比鋰電池技術更具成本優(yōu)勢，有望實現(xiàn)商業(yè)化運行。
水力壓裂儲能發(fā)電成為水電儲能轉(zhuǎn)折點
傳統(tǒng)的抽水蓄能技術是在電網(wǎng)負荷處于低谷時，利用電能將水抽至上水庫，再利用水的重力發(fā)電。這種方式是目前裝機規(guī)模最大、最具成本效益的儲能技術。然而，由于對地勢的依賴，抽水蓄能技術未能得到廣泛應用。
兩家總部位于美國休斯敦的能源公司Quidnet Energy和Sage Geosystems采用新方案通過地下巖層達到這一目的，即在電網(wǎng)負荷較低時，利用富余電力驅(qū)動電驅(qū)壓裂車對垂直井進行水力壓裂，將水注入地下巖層裂縫。數(shù)小時或數(shù)天后，當電力需求達到峰值時再釋放地下高壓水，以驅(qū)動小型工業(yè)渦輪機發(fā)電，水力壓裂消耗的電能可以通過這種新方式輸送回電網(wǎng)，以供使用。
這種新的儲能發(fā)電方案可以用來解決電網(wǎng)電力供應不足，以及風力發(fā)電和太陽能發(fā)電存在的間歇性供應等問題。將這種儲能發(fā)電方式與風力發(fā)電和太陽能發(fā)電聯(lián)合，能夠為電網(wǎng)提供持續(xù)的電力供應，取代電網(wǎng)用電負荷高峰時的天然氣調(diào)峰電廠，實現(xiàn)清潔電力能源的持續(xù)供應。
此外，這種新的儲能方式還可以利用現(xiàn)有的油氣井和新鉆井，不受地勢地形的限制，部署在電力相對短缺的偏遠地區(qū)，為當?shù)靥峁┛煽康碾娏ΡＵ稀?
該新方式通過地面控制，能夠在電網(wǎng)負荷高峰期間提供短時間、高功率的電力輸出，在電網(wǎng)負荷平穩(wěn)期間提供長時間的電力供應。因此，無論是長時儲能還是短時儲能，該方式都能很好地適應電網(wǎng)負荷需求，提升電網(wǎng)的負荷調(diào)節(jié)能力。
具有成本競爭力有望實現(xiàn)商業(yè)化運行
與傳統(tǒng)的抽水蓄能和商業(yè)化應用的鋰電池技術相比，水力壓裂儲能發(fā)電更具有成本競爭力。由于鉆井和水力壓裂等相關技術在美國頁巖油氣開發(fā)中已經(jīng)屬于成熟技術，Sage Geosystems估計，其前期成本約為250萬—350萬美元/兆瓦。未來，通過技術改進有望把成本降低至200萬—270萬美元/兆瓦（傳統(tǒng)抽水蓄能的成本約為260萬美元/兆瓦）。而鋰電池成本約為300萬美元/兆瓦，且只能持續(xù)供電約4小時。與鋰電池技術相比，該新方法更具成本優(yōu)勢。
Quidnet Energy公司正尋求以1兆瓦容量且往返效率高達90%的存儲站點對水力壓裂儲能技術進行小規(guī)模商業(yè)化運行，計劃于2024年在得克薩斯州建造一個井場開展最終測試。預計新建井場能夠一次供應1兆瓦的電力且供應時間長達10小時，足以支持該州大約200戶家庭一個夏天的用電量。該公司的這一項目得到美國能源部的大力支持，并與一家為圣安東尼奧供電的公用事業(yè)公司簽訂了為期15年的承購協(xié)議。Quidnet Energy公司認為，該項目非常有望實現(xiàn)商業(yè)化運行。
Sage Geosystems公司得到了包括國際鉆井承包商Nabors Industries在內(nèi)的投資者的支持，計劃于2024年上半年在得克薩斯州或路易斯安那州的太陽能或風電場，鉆探一口深度為2100—3600米的井，并配套建設一座3兆瓦的發(fā)電廠。
能源轉(zhuǎn)型趨勢下或?qū)⑹艿绞凸厩嗖A
與目前的儲能方式相比，水力壓裂儲能發(fā)電新方式具有諸多優(yōu)勢。一是低成本優(yōu)勢。其每兆瓦安裝成本低于天然氣調(diào)峰電廠和其他存儲技術，且其長期資本支出僅為電池儲能技術或傳統(tǒng)抽水蓄能技術的一半或更少。二是可模塊化部署。水力壓裂儲能發(fā)電模塊部署不受地域地勢限制，且占用場地面積小。三是可持續(xù)時間長。將多個水力壓裂儲能發(fā)電模塊組合到一起，可提供持續(xù)的電力供應。四是建設周期短。該方式的場地建設時間短，可以利用現(xiàn)有的老油氣井進行開發(fā)。
Quidnet Energy公司首席執(zhí)行官Aaron Mandell表示：“油氣田里的縫隙曾經(jīng)是石油和天然氣的所在地。當加壓過的水被釋放出來的時候，它能像泉水一樣流動，從而帶動地面的水輪發(fā)電機進行發(fā)電，讓這些廢棄的油田重新煥發(fā)生機?！?
水力壓裂儲能發(fā)電的商業(yè)前景良好，未來有望成為石油公司能源轉(zhuǎn)型的新選項。一方面，其中涉及的大部分水力壓裂技術、裝備在油氣行業(yè)已成熟應用；另一方面，石油公司掌握大量適用于該發(fā)電方式的地質(zhì)資源和老油氣井。因此，石油公司發(fā)展這一技術具有諸多先天優(yōu)勢。同時，與水力壓裂儲能發(fā)電相關的一系列技術服務也有望成為油服企業(yè)未來業(yè)績的重要增長點，值得油服企業(yè)給予更多關注。
