Kierrätetyt öljykaivokset: Uusi rintama vihreässä energiatallennuksessa

Maapallon keskilämpötila on jo noin 1,2 °C esiteollisen ajan tasoa korkeampi, aiheuttaen ääri-ilmiöitä, jotka uhkaavat ihmisiä, eläimiä ja infrastruktuuria.

Energia-alalla on yksi suurimmista saastuttajista ja ilmastonmuutoksen aiheuttajista, fossiilisten polttoaineiden palaminen on pääasiallinen syy kasvihuonekaasujen (GHG) päästöille ja ilmansaasteille. Tämä on johtanut energiatransitioliikkeeseen, joka on siirtymä fossiilisten polttoaineiden käytöstä uusiutuviin energialähteisiin, kuten tuuleen ja auringonvaloon.

Uusiutuvan energian siirtymä kiihtyy vahvassa tahdissa tavoitteena luoda nolla-hiilinen energijärjestelmä vuoteen 2050 mennessä.

Uusiutuvan energian nousu – mutta ongelmalla

Uusiutuvan energian tuotantokapasiteetti kasvoi valtavasti vuonna 2024, saavuttaen 4 448 gigawattia (GW), Kansainvälisen uusiutuvan energian järjestön (IRENA) mukaan.
Kansainvälinen uusiutuvan energian järjestö (IRENA).

Vuoden aikana lisätty 585 GW edustaa 92,5 prosenttia koko kapasiteetin laajentumisesta ja ennätyksellistä (15,1 prosenttia) vuotuista kasvua.

“Uusiutuvan energian jatkuvasta kasvusta, jota näemme joka vuosi, on näyttö siitä, että uusiutuvat energianlähteet ovat taloudellisesti kannattavia ja helposti toteutettavissa. Joka vuosi he rikkovat omat ennätyksensä, mutta meillä on myös samat haasteet suurista alueellisista eroista ja kello, joka tikittää, koska vuoden 2030 deadline on lähestymässä.”

– IRENA:n pääjohtaja Francesco La Camera

Uusiutuvien energianlähteiden joukossa aurinkoenergia näki suurimman kapasiteetin laajentumisen 32,2 prosentilla, saavuttaen 1 865 GW. Tässä aurinkosähköä kasvoi 451,9 GW edellisvuonna, Kiina yksinään lisäsi 278 GW laajentumiseen, seurattuna Intian 24,5 GW:lla.

Aurinkoenergian jälkeen tuli tuulivoima, joka kasvoi 11,1 prosentilla, vaikka laajentuminen hieman laski 1 133 GW:een. Tämä laajentuminen oli johtanut Kiinassa ja Yhdysvalloissa.

Vesivoiman kapasiteetti, josta poistettiin pumppaamovesivoima, nousi 1 283 GW:een, jälleen Kiinan johdolla. Bioenergia kasvoi 4,6 GW:n kapasiteetilla, Kiina ja Ranska tekivät kumpikin 1,3 GW:n lisäyksiä. Uusi-Seelanti johti geotermisen energian laajentumista, joka kasvoi 0,4 GW:lla.

Vaikka uusiutuvat energianlähteet tarjoavat lupaavan tavan edistää energiatransitiota, vihreä energia, kuten tuuli- ja aurinkoenergia, on epävakaa luonteeltaan. Tämä vaatii parempia keinoja varastoida energiaa myöhempää käyttöä varten.

Ratkaisuna tutkijat Penn Statessa ovat ehdottaneet käytöstä poistettujen öljy- ja kaasukäytösten uudelleenkäyttöä geoterminen avustettuun ilma-energian varastointiin (GA-CAES), joka voi potentiaalisesti parantaa energian varastointijärjestelmien tehokkuutta 9,5 prosentilla.

Tutkimuksen vastaavan tekijän, Arash Dahi Taleghanin, joka on öljy- ja maakaasutekniikan professori Penn Statessa, mukaan:

“Ongelma on, että joskus kun tarvitsemme energiaa, ei ole auringonvaloa tai tuulta. Se on suuri este uusiutuvan energian laajentamiselle. Siksi on tärkeää, että meillä on jonkinlainen varastointikapasiteetti tukemaan verkkoa.”

Suuri ja pitkäaikainen energianvarastoratkaisu

Energianvarastointi on avain vakaan, luotettavan ja kestävän energijärjestelmän. Varastoimalla tuotetun energian myöhempää käyttöä varten, se mahdollistaa epävakaiden uusiutuvien energianlähteiden integroimisen, parantaa verkon vakautta ja maksimoi tuulen ja auringon energian käytön. Se vähentää myös fossiilisten polttoaineiden käyttöä, mikä puolestaan vähentää kasvihuonekaasupäästöjä.

Tämä ei ole kaikkea. Energianvarastointi edistää energian kestävyyttä ääri-ilmiöiden aikana ja tukee liikenteen sähköistämistä. Se on myös olennainen laajentamassa energian saatavuutta syrjäisillä alueilla ja luomassa taloudellisia mahdollisuuksia.

Energianvarastointi on siis avain kestävään ja puhdasenergiseen tulevaisuuteen. Nyt on erilaisia keinoja varastoida energiaa, ja yksi niistä on ilmanpuristusvarastointi (CAES).

CAES, kuten nimestä voidaan päätellä, on tekniikka, joka puristaa ilman ja varastoi sen. Se toimii siten, että kun sähkön kysyntä on alhainen, ylijäämäenergiaa käytetään ilman puristamiseen ja sitten varastoidaan tankkeihin tai maan alle. Kun sähkön kysyntä on korkea, puristettu ilma vapautetaan voimalaan ja tuottaa sähköä.

Tekniikkaa on tutkittu vakavasti ja se on ollut kaupallisesti saatavilla yli puoli vuosisataa, kiitos sen kyvystä varastoida suuria määriä energiaa pitkäksi aikaa.

Lisäksi CAES-järjestelmät voivat helposti sopeutua erilaisiin energianvarastointitarpeisiin. Ne käyttävät myös puhdasta ja helposti saatavilla olevaa ilmaa, mikä tekee siitä vihreän energianvarastointitekniikan. Seurausena CAES:stä on kasvava kiinnostus sijoittajien, energiayhtiöiden ja hallitusten keskuudessa.

Tietysti on myös ongelmia, kuten alhaisemmat tehokkuusluvut, hitaampi vastausaika ja korkeat alkukustannukset. Tutkimus tässä alueella keskittyy parantamaan CAES-järjestelmien tehokkuutta ja taloudellisuutta.

Viimeisimmässä tutkimuksessa, jota Yhdysvaltain energiaministeriö tuki, keskitytään lisäämään CAES:n taloudellista tehokkuutta.

Uusi lähestymistapa vihreään energianvarastointiin

Suurten mittakaavojen energianvarastointimenetelmät, kuten CAES, ovat herättäneet paljon huomiota energian tarjonnan ja kysynnän paremman tasapainon saavuttamiseksi.

Viimeisten vuosikymmenien aikana CAES-tekniikat ovat kehittyneet merkittävästi ja useita CAES-laitoksia on rakennettu. Esimerkiksi Bethel Energy Center -projektit (324 MW) ja Mclntosh CAES -laitos (110 MW) Yhdysvalloissa.

Useimmat olemassa olevat CAES-laitokset ovat kuitenkin diabaattisia, tutkimuksessa todettiin, julkaistu Journal of Energy Storage -lehdessä.

Tämä tarkoittaa, että ne menettävät lämpöä puristuksen aikana eivätkä ole uudelleenkäyttökelpoisia. Lisäksi fossiilisten polttoaineiden käyttö ilman laajentamiseen aiheuttaa lisää kasvihuonekaasupäästöjä ja vähentää järjestelmän tehokkuutta.

Vaikka adiabaattinen ilmanpuristusvarastointi (A-CAES) ratkaisee tämän ongelman varastoimalla lämmön, joka syntyy puristuksen aikana, ja uudelleenkäyttämällä sitä ennen laajentamista, on vain rajattu määrä näitä koelaitoksia sen korkeamman alkuvaiheen sijoituksen ja suurten, korkeapaineisten astioiden tarpeen vuoksi.

Tutkimus tutki käytöstä poistettujen öljy- ja kaasukäytösten käytön mahdollisuutta CAES-kehityksessä käyttäen konseptuaalisia, matemaattisia ja numeerisia malleja ongelman ratkaisemiseksi.

Ympäristönsuojeluviraston (EPA) mukaan, Ympäristönsuojeluvirasto (EPA), on arviolta 3,9 miljoonaa tällaista tyhjää kaivosta, tarjoten valtavan mahdollisuuden.

Kasvava määrä orpo-kaivoksia, joilla ei ole asianmukaista ylläpitoa ja valvontaa, edustaa suurta riskiä kasvihuonekaasuvuodoille, maanalaisen veden saastumiselle ja maan saastumiselle.

Ratkaisemaan tämän ongelman, Yhdysvaltain hallitus on tehnyt useita ponnistuksia, mukaan lukien 560 miljoonan dollarin myöntäminen 24 osavaltiolle tukemaan näiden kaivosten tukkimista, kattamista ja kunnostamista. Infrastructure Investment and Jobs Act (IIJA) myös varasi 4,75 miljardia dollaria näiden kaivosten kunnostamiseen ja valvontaan koko maassa.

Kuitenkin, vaikka nämä ponnistelut, nämä käytöstä poistetut kaivokset ovat edelleen suuri haaste hallitukselle. Näiden orpo-kaivosten uudelleenkäyttö uusiutuvan energian varastointiin ja niiden integrointi energiatransitiioon tarjoaa vahvan ratkaisun tähän ongelmaan.

Kaiken kaikkiaan, nämä maanalaiset tilat tarjoavat useita ainutlaatuisia etuja, kuten vakauden ja luonnollisen eristämisen, jotka tekevät niistä ihanteellisia erilaisille energianvarastointitekniikoille. Niiden uudelleenkäyttö elvyttää hylätyt paikat, vähentää energiantuotannon hiilijalanjälkeä ja voidaan integroida muihin energijärjestelmiin.

Tutkimus ehdottaa näiden hylätyiden kaivosten käyttämistä halpoina CAES-säiliöinä niiden rakenteen tiivistelemällä ja muuttamalla. Se ehdottaa myös maanalaisen geotermisen lämmön käyttämistä varastoidun ilman lisälämmittämiseen ja sen paineen lisäämiseen.

Tutkimus tehtiin osana Penn Statessa sijaitsevaa Repurposing Center for Energy Transition (ReCET) -keskusta, joka pyrkii uudelleenkäyttämään olemassa olevaa fossiilisten polttoaineiden infrastruktuuria energiatransitiota varten, erityisesti perinteisten energiayhteisöjen ympäristössä.

Voittava ratkaisu kaikille osapuolille

Koska käynnistyskustannukset rajoittavat CAES-laitosten kaupallista kehittämistä, tutkijat ehdottivat geoterminen avustettua ilma-energian varastointijärjestelmää käytöstä poistettujen öljy- ja kaasukäytösten avulla, joka heidän mukaansa voi parantaa tehokkuutta 9,5 prosentilla.

Tämä tarkoittaa, että suurempi määrä varastoitua energiaa voidaan palauttaa ja muuttaa sähköksi.

“Tämä tehokkuuden parantuminen voi olla ratkaiseva tekijä CAES-hankkeiden taloudellisen perustelun oikeuttamiseksi. Lisäksi voimme välttää merkittävän alkukustannuksen käyttämällä olemassa olevia öljy- ja kaasukäytöksiä, jotka eivät ole enää tuotannossa. Tämä voi olla voittava tilanne.”

– Taleghani

Näiden kaivosten uudelleenkäyttö, jotka ovat menettäneet taloudellisen kannattavuutensa öljyn tai kaasun tuotannossa, mahdollistaa operaattoreiden pääsyn geotermiseen lämpöön kallioperässä. Tämä poistaa suuret alkukustannukset uusien kaivosten poraamisesta, potentiaalisesti lisää voittoja ja tekee tekniikasta houkuttelevamman.

Tutkimuksen mukaan, olemassa olevien laitosten uudelleenkäyttö parantaa taloudellista kannattavuutta, ja geotermisen energian käyttö ympäröivästä reservistä lisää järjestelmän tehokkuutta.

Toinen etu näiden lämmitettyjen kaivosten käytöstä on, että ne voivat potentiaalisesti varastoida enemmän energiaa, koska lämpötilan lisääntyessä puristettu ilma lisää painetta. Tutkimusryhmä käytti numeerisia mallinnus симуляatioita ja totesi, että CAES-järjestelmien sijoittaminen näihin orpo-kaivoksiin parantaa merkittävästi järjestelmien ilman lämpötilaa. Taleghanin mukaan:

“Ilman geotermisen järjestelmän hyödyntämistä, et voi saada riittävän kannattavia lukuja.”

Lisäksi, “uusien kaivosten poraaminen ei välttämättä oikeuta taloudellisesti tällaisen varastoinnin. Mutta yhdistämällä nämä kaksi tekijää ja menemällä edestakaisin mallinnuksen ja simulaation kautta, löysimme tämän olevan hyvin lupaava ratkaisu,” Taleghani lisäsi.

CAES:n avulla voidaan ratkaista uusiutuvan energian epävakauden ongelma ja se voi myös auttaa vähentämään käytöstä poistettujen kaivosten ympäristövaikutuksia.

Uudelleenkäyttö voi myös tarjota uusia työllistymismahdollisuuksia alueilla, joilla on vahva energiateollisuuden perintö. Pennsylvania on hyvä esimerkki, jossa on arviolta 300 000 tällaista hylättyä kaivosta.

Vahingot näille kaivoksille tai niiden virheellinen tukkiminen voi aiheuttaa metaanin vuotamisen ilmakehään ja maan alle. Tutkijoiden ehdotus on siis “lennätin, joka osuu kahteen yhtä aikaa.”

“Ensinnäkin, me tukkimme nämä kaivokset. Se estää kaikki mahdolliset vuodot. Ja sitten, jos me uudelleenkäytämme nämä kaivokset energianvarastointiin, me käytämme edelleen infrastruktuuria, joka on jo olemassa näissä yhteisöissä. Se voi mahdollisesti ylläpitää työllisyyttä alueella ja sallia yhteisöjen olla osa energiatulevaisuutta.”

– Taleghani

Käytännön soveltaminen tähän lähestymistapaan, joka voi tarjota kustannustehokkaan ja kestävän tavan varastoida uusiutuvaa energiaa käyttäen olemassa olevaa infrastruktuuria, voi alkaa seuraavien 5-7 vuoden aikana, riippuen lisätutkimuksista ja sääntelyhyväksynnöistä.

Innovaatiokeskus

NextEra Energy, Inc. (NEE )

Johtava vihreän energian yhtiö, NextEra Energy, on pääkonttorissaan Floridassa ja investoi uusiutuvan energian tuotantoon ja edistyneisiin energianvarastointiratkaisuihin, mukaan lukien CAES-tekniikka.

NextEra Energy omistaa Florida Power & Light Company (FPL):n, joka on Yhdysvaltain suurin sähkönjakeluyhtiö. FPL tarjoaa puhdasta, edullista ja luotettavaa sähköä noin 12 miljoonalle ihmiselle Floridassa. Viime kuussa FPL jätti neljän vuoden pyynnön Floridan julkinen palvelukomissiolle (PSC) asettaa uudet hinnat, kun sen nykyinen perustariffisopimus päättyy tämän vuoden lopussa.

Ehdotuksen mukaan, vuodesta 2026 vuoteen 2029, tavallisen 1 000 kilowattitunnin sähkösopimuksen hinta olisi noin 20 prosenttia alhaisempi kuin se oli kaksi vuosikymmentä sitten, kun otetaan huomioon inflaatio. Pienien ja keskisuurten yritysten sähkösopimusten hinnat kasvaisivat keskimäärin 1-5 prosenttia vuodessa.

NextEra Energyn vihreän energian liiketoiminta, NextEra Energy Resources, on suurin uusiutuvan energian tuottaja aurinko- ja tuulivoimasta sekä akkujen varastointia hyödyntäen. Yhtiö tuottaa myös puhdasta sähköä ydinvoimalaitoksistaan. Näitä yksiköitä on yhteensä seitsemän, jotka sijaitsevat New Hampshiressa, Wisconsinissa ja Floridassa.

Yhtiön rahoitustiedot ollessa, Next Energy, jolla on 143,4 miljardin dollarin markkina-arvo, ilmoitti GAAP:n mukaisen nettovoiton 1,203 miljardiksi dollariksi, 0,58 dollariksi osakkeelta neljännesvuonna 2024 ja 0,53 dollariksi osakkeelta sovitettuna.

Koko vuoden 2024 aikana GAAP:n mukainen nettovoitto oli 6,946 miljardia dollaria, 3,37 dollaria osakkeelta, ja sovitettu voitto oli 7,063 miljardia dollaria, 3,43 dollaria osakkeelta, mikä oli yli 8 prosentin kasvu edellisestä vuodesta.

“NextEra Energy oli erinomainen vuosi 2024,” sanoi toimitusjohtaja John Ketchum, kun hän huomautti tuottaneen enemmän sähköä ja investoineen enemmän energainfrastruktuuriin kuin mikään muu yhtiö Yhdysvalloissa.

Vuonna 2024 yhtiö otti noin 8,7 gigawattia uusia uusiutuvan energian ja varastointihankkeita käyttöön. Toimitusjohtaja Ketchum totesi:

“Meillä on kokemus jokaisesta energian arvon osasta. NextEra Energy on hyvin asemoitunut hyödyntämään tulevaisuuden mahdollisuuksia ja lisääntynyttä sähkön kysyntää, joka tapahtuu nyt Yhdysvalloissa.”

Kirjoitushetkellä NEE:n osakkeet kaupataan 69,73 dollarin hinnalla, laskien 2,73 prosenttia vuoden alusta. Yhtiön maksama dividendin tuotto on houkutteleva, 3,25 prosenttia.

Aikaisemmin tänä vuonna yhtiö ilmoitti aikovansa laajentaa maakaasun ja ydinvoiman tuotantoa sähkön kysynnän kasvun täyttämiseksi. Tekoälyn nousu on ollut suurin tekijä Yhdysvaltain sähkönkulutuksen merkittävään kasvuun, lisäksi talouden sähköistymisestä. Tämä on luonut tarpeen uusille kaasuvoimaloille ja herättänyt uudelleen kiinnostuksen ydinenergiaa kohtaan.

Täyttämään tämän tarpeen, NextEra Energy on tehnyt yhteistyösopimuksen 87,65 miljardin dollarin markkina-arvolla GE Vernovan (NYSE: GEV) kanssa. GE Vernovan mukaan, datakeskukset suosittelevat kaasua yli tuulen ja auringon, kaasuturbiinien tilaukset yli kaksinkertaistuivat 20 gigawattiin viime vuonna ja odotetaan olevan vielä vahvempia tänä vuonna, koska he tarvitsevat sähköä ympäri vuorokauden.

Kaasuturbiinien valmistajan avulla yhtiö palvelee datakeskusten sähkön tarpeita.

“Idea on lähteä mukaan ja kohdistaa suuret asiakkaat ja tehdä se integroiden, yhdistämällä kaasuvoiman uusiutuvaan energiaan ja akkujen varastointiin.”

– Ketchum sanoi tammikuun lopulla

NextEra on myös aloittanut Iowaan sijaitsevan ydinvoimalaitoksensa, Duane Arnold Energy Centerin, uudelleenkäynnistämisen, joka suljettiin vuonna 2019. Tähän yhtiö on jättänyt pyynnön Yhdysvaltain ydinsäteilysuojelukomissiolle lisenssin muutoksesta ja aikoo saada sen käynnistyneeksi vuoden 2028 loppuun mennessä.

Edellisenä kesänä NextEra Energy Foundation myös rahoitti 1 miljoonan dollarin arvoisen tekoälykäyttöisen keskuksen Floridan Atlantic Universityn insinööritieteellisestä ja tietokoneiden tiedekunnasta. Projekti sisältää seinästä seinään ulottuvat näytöt, jotka jäljittelevät FPL:n älykkään verkon toimintaa vakavien sääilmiöiden aikana.

Huhtikuussa Ketchum oli myös jakanut mahdollisuuden uusiutuvan energian ja energianvarastoinnin markkinan kolminkertaistumisesta seuraavien seitsemän vuoden aikana edellisiin seitsemään vuoteen verrattuna, jota ajaa kasvava kysyntä datakeskusten rakentamisesta.

Datakeskuksien kehittäjät haluavat halpaa energiaa, panostaa päästöjen vähentämiseen ja oikean sijainnin nopeaan markkinoille pääsyyn. Lisäksi piirilevyjen valmistus ja öljy- ja kaasuteollisuus sähköistävät, mikä johtaa “merkittävään sähkön kysyntään”.

Uusimmat tiedot NextEra Energysta

Johtopäätös

Matka kohti nolla-päästöjä sisältää uusiutuvan energian tärkeänä osana, joka voi auttaa vähentämään fossiilisten polttoaineiden käyttöä ja tarjoaa puhdasta energiaa. Vihreän energian vallankumous tarvitsee kuitenkin lupaavia suurten mittakaavojen energianvarastointiratkaisuja.

Vaikka ilmanpuristusvarastointi tarjoaa ratkaisun, se on omia ongelmiaan, kuten alhaisen tehokkuuden ja korkeiden kustannusten. Viimeisimmän tutkimuksen tarjoama innovatiivinen lähestymistapa voi kuitenkin vähentää alkukustannuksia ja parantaa tehokkuutta.

Käytöstä poistettujen öljy- ja kaasukäytösten uudelleenkäyttö energianvarastointitarkoituksiin ja geotermisen energian integrointi järjestelmään parantaa tehokkuutta ja vähentää ympäristövaikutuksia.

Tämä uusi järjestely edustaa merkittävää edistystä kestävissä energiaratkaisuissa, tarjoaa tien kohti puhtaampia ja kannattavampia CAES-järjestelmiä ja kestävämpää ja ympäristöystävällisempää energiatulevaisuutta!

Klikkaa tästä luettelo parhaimmista uusiutuvan energian osakkeista.