中國儲(chǔ)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(jìn)行大規(guī)模儲(chǔ)能的技術(shù)測試。
該項(xiàng)技術(shù)根據(jù)抽水儲(chǔ)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(shù)，充分利用遍布美國的廢棄石油井、天然氣井和地?zé)峋?，將其變?yōu)槌樗畠?chǔ)能電站。
這一研究得到美國能源部及國際鉆井承包商N(yùn)abors Industries等的支持。實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果顯示，該技術(shù)用于發(fā)電的前景良好，比鋰電池技術(shù)更具成本優(yōu)勢，有望實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行。
水力壓裂儲(chǔ)能發(fā)電成為水電儲(chǔ)能轉(zhuǎn)折點(diǎn)
傳統(tǒng)的抽水蓄能技術(shù)是在電網(wǎng)負(fù)荷處于低谷時(shí)，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(jī)規(guī)模最大、最具成本效益的儲(chǔ)能技術(shù)。然而，由于對(duì)地勢的依賴，抽水蓄能技術(shù)未能得到廣泛應(yīng)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(dá)到這一目的，即在電網(wǎng)負(fù)荷較低時(shí)，利用富余電力驅(qū)動(dòng)電驅(qū)壓裂車對(duì)垂直井進(jìn)行水力壓裂，將水注入地下巖層裂縫。數(shù)小時(shí)或數(shù)天后，當(dāng)電力需求達(dá)到峰值時(shí)再釋放地下高壓水，以驅(qū)動(dòng)小型工業(yè)渦輪機(jī)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(chǔ)能發(fā)電方案可以用來解決電網(wǎng)電力供應(yīng)不足，以及風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電存在的間歇性供應(yīng)等問題。將這種儲(chǔ)能發(fā)電方式與風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電聯(lián)合，能夠?yàn)殡娋W(wǎng)提供持續(xù)的電力供應(yīng)，取代電網(wǎng)用電負(fù)荷高峰時(shí)的天然氣調(diào)峰電廠，實(shí)現(xiàn)清潔電力能源的持續(xù)供應(yīng)。
此外，這種新的儲(chǔ)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(duì)短缺的偏遠(yuǎn)地區(qū)，為當(dāng)?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(fù)荷高峰期間提供短時(shí)間、高功率的電力輸出，在電網(wǎng)負(fù)荷平穩(wěn)期間提供長時(shí)間的電力供應(yīng)。因此，無論是長時(shí)儲(chǔ)能還是短時(shí)儲(chǔ)能，該方式都能很好地適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷需求，提升電網(wǎng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)能力。
具有成本競爭力有望實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行
與傳統(tǒng)的抽水蓄能和商業(yè)化應(yīng)用的鋰電池技術(shù)相比，水力壓裂儲(chǔ)能發(fā)電更具有成本競爭力。由于鉆井和水力壓裂等相關(guān)技術(shù)在美國頁巖油氣開發(fā)中已經(jīng)屬于成熟技術(shù)，Sage Geosystems估計(jì)，其前期成本約為250萬—350萬美元/兆瓦。未來，通過技術(shù)改進(jìn)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(shí)。與鋰電池技術(shù)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(dá)90%的存儲(chǔ)站點(diǎn)對(duì)水力壓裂儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行小規(guī)模商業(yè)化運(yùn)行，計(jì)劃于2024年在得克薩斯州建造一個(gè)井場開展最終測試。預(yù)計(jì)新建井場能夠一次供應(yīng)1兆瓦的電力且供應(yīng)時(shí)間長達(dá)10小時(shí)，足以支持該州大約200戶家庭一個(gè)夏天的用電量。該公司的這一項(xiàng)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(rèn)為，該項(xiàng)目非常有望實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行。
Sage Geosystems公司得到了包括國際鉆井承包商N(yùn)abors Industries在內(nèi)的投資者的支持，計(jì)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(fēng)電場，鉆探一口深度為2100—3600米的井，并配套建設(shè)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(chǔ)能方式相比，水力壓裂儲(chǔ)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(chǔ)技術(shù)，且其長期資本支出僅為電池儲(chǔ)能技術(shù)或傳統(tǒng)抽水蓄能技術(shù)的一半或更少。二是可模塊化部署。水力壓裂儲(chǔ)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(shí)間長。將多個(gè)水力壓裂儲(chǔ)能發(fā)電模塊組合到一起，可提供持續(xù)的電力供應(yīng)。四是建設(shè)周期短。該方式的場地建設(shè)時(shí)間短，可以利用現(xiàn)有的老油氣井進(jìn)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(dāng)加壓過的水被釋放出來的時(shí)候，它能像泉水一樣流動(dòng)，從而帶動(dòng)地面的水輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，讓這些廢棄的油田重新煥發(fā)生機(jī)。”
水力壓裂儲(chǔ)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(xiàng)。一方面，其中涉及的大部分水力壓裂技術(shù)、裝備在油氣行業(yè)已成熟應(yīng)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(shù)具有諸多先天優(yōu)勢。同時(shí)，與水力壓裂儲(chǔ)能發(fā)電相關(guān)的一系列技術(shù)服務(wù)也有望成為油服企業(yè)未來業(yè)績的重要增長點(diǎn)，值得油服企業(yè)給予更多關(guān)注。
