Uudelleenkäytetyt öljykaivot: Uusi raja-alue vihreässä energian varastoinnissa

Maailman keskimääräinen pintalämpötila on jo noin 1,2 °C yli esiteollisten tasojen, aiheuttaen äärimmäisiä sääilmiöitä, jotka asettavat riskin ihmisille, eläimille ja infrastruktuurille.

Energiasektori on yksi merkittävimmistä saasteiden ja ilmaston lämpenemisen aiheuttajista, sillä fossiilisten polttoaineiden polttaminen on kasvihuonekaasupäästöjen (GHG) ensisijainen lähde ja ilman epäpuhtauksien lähde. Tämä on johtanut energiasiirtymäliikkeeseen, jossa siirrytään fossiilisista polttoaineista uusiutuviin energialähteisiin, kuten tuuli- ja aurinkoenergiaan.

Uusiutuvan energian siirtymä kiihtyy vahvalla tahdilla tavoitteena luoda nollapäästöinen energiajärjestelmä vuoteen 2050 mennessä.

Uusiutuvan energian nousu – Mutta kiistalla

Uusiutuvan energian kapasiteetti kasvoi valtavasti vuonna 2024, saavuttaen 4 448 gigawattia (GW), International Renewable Energy Agency (IRENA). 

Viime vuoden 585 GW lisäys edustaa itse asiassa 92,5 %:a kokonaiskapasiteetin laajennuksesta ja ennätyksellistä vuosikasvua (15,1 %).

“Uusiutuvien energialähteiden jatkuva kasvu, jonka näemme joka vuosi, on todiste siitä, että ne ovat taloudellisesti kannattavia ja helposti otettavissa käyttöön. Jokainen vuosi ne rikkovat omia laajennusennätyksiään, mutta kohtaamme myös samat haasteet suurista alueellisista eroista ja kello käy, kun 2030‑tavoite lähestyy.” 

– IRENA:n pääjohtaja Francesco La Camera

Uusiutuvien energialähteiden joukossa aurinkoenergia koki suurimman kapasiteetin kasvun, 32,2 %, saavuttaen 1 865 GW. Tässä aurinkofotovoltaattiset järjestelmät kasvoivat 451,9 GW viime vuonna, ja Kiina lisäsi yksin 278 GW kokonaiskasvuun, jota seurasi Intia 24,5 GW.

Aurinkoenergiaa seurasi tuulienergia, joka kasvoi 11,1 %, vaikka laajennus hieman väheni saavuttaen 1 133 GW kapasiteetin. Tämä laajennus hallitsivat Kiina ja Yhdysvallat.

Vesivoiman kapasiteetti, lukuun ottamatta pumppuvoimaa, nousi 1 283 GW:iin, jälleen Kiinan johdolla. Bioenergia kasvoi myös 4,6 GW kapasiteetilla, ja sekä Kiina että Ranska lisäsivät kummatkin 1,3 GW. Uusi-Seelanti johti geotermisen energian laajennusta, joka kasvoi yhteensä 0,4 GW.

Vaikka uusiutuvat energialähteet tarjoavat lupaavan tavan edistää energiasiirtymää, vihreä energia kuten tuuli- ja aurinkoenergia on luonteeltaan epäsäännöllistä. Tämä vaatii parempia tapoja varastoida energiaa myöhempää käyttöä varten.

Ratkaisuna Penn State -tutkijat ovat ehdottaneet käytettyjen öljy- ja kaasukaivojen uudelleenkäyttöä geotermisesti avustetussa paineilma-energiavarastoinnissa (GA-CAES), mikä voi mahdollisesti parantaa energian varastointijärjestelmien tehokkuutta 9,5 %.

“Ongelma on, että joskus kun tarvitsemme energiaa, ei ole aurinkoa tai tuulta. Se on suuri este useimpien saatavilla olevien uusiutuvien energialähteiden laajentamiselle. Siksi on erittäin tärkeää, että meillä on varastointikapasiteettia tukemaan verkkoa.”

Laajamittainen ja pitkäkestoinen energian varastointiratkaisu

Energiavarastointi on avain vakaa, luotettava ja kestävä energiajärjestelmä. Kaappaamalla tuotettu energia myöhempää käyttöä varten, se mahdollistaa epäsäännöllisten uusiutuvien lähteiden integroinnin, parantaa verkon vakautta ja maksimoi tuuli- ja aurinkoenergian hyödyntämisen. Se vähentää myös fossiilisten polttoaineiden riippuvuutta, mikä puolestaan vähentää kasvihuonekaasupäästöjä.

Tämä ei ole kaikki. Energiavarastointi edistää energian resilienssiä äärimmäisten sääilmiöiden aikana ja tukee liikenteen sähköistymistä. Se on myös olennaista energian saatavuuden laajentamisessa syrjäisillä alueilla ja taloudellisten mahdollisuuksien luomisessa.

Joten energian varastointi on kriittinen kestävän ja puhtaan energiatulevaisuuden saavuttamisessa. Nykyään on erilaisia tapoja varastoida energiaa, joista paineilma-energiavarastointi (CAES) on yksi.

CAES, kuten nimi kertoo, on teknologia, joka puristaa ilmaa ja varastoi sen. Toimintaperiaate on, että kun sähkön kysyntä on alhainen, ylimääräistä energiaa käytetään ilman puristamiseen, jonka jälkeen se varastoidaan säiliöihin tai maanalaisiin tiloihin. Kun sähkön kysyntä on korkea, puristettua ilmaa vapautetaan pyörittämään turbiinia ja tuottamaan sähköä.

Teknologiaa on tutkittu vakavasti ja se on ollut kaupallisesti saatavilla yli puoli vuosisataa, kiitos sen kyvyn varastoida merkittäviä energiamääriä pitkiksi ajoiksi.

Tarjoten lisäksi laajamittaista ja pitkäkestoista varastointia, CAES-järjestelmiä voidaan helposti skaalata erilaisiin energian varastointitarpeisiin. Lisäksi se käyttää puhdasta ja helposti saatavilla olevaa ilmaa, mikä tekee siitä vihreän energian varastointiteknologian. Tämän seurauksena CAES houkuttelee kasvavaa kiinnostusta sijoittajilta, palveluyhtiöiltä ja hallituksilta.

Tietenkin on haittoja, kuten alhaisemmat kierros-energia- tehokkuudet, hitaampi reagointiaika ja korkea pääomakustannus. Tämän seurauksena tutkimus tällä alalla keskittyy parantamaan CAES-järjestelmien tehokkuutta ja kustannustehokkuutta.

Uusimmat tutkimukset, Yhdysvaltain energiaministeriön tukemat, keskittyvät CAES:n taloudellisen tehokkuuden parantamiseen.

Uusi lähestymistapa vihreään energian varastointiin

Laajamittaiset energian varastointimenetelmät, kuten CAES, ovat saaneet paljon huomiota energian tarjonnan ja kysynnän tasapainottamiseksi.

Viime vuosikymmeninä CAES-teknologiat ovat kehittyneet merkittävästi, ja useita CAES-laitoksia on rakennettu. Esimerkiksi Bethel Energy Center -hankkeet (324 MW) ja Mclntosh CAES -laitos (110 MW) Yhdysvalloissa.

Useimpien olemassa olevien CAES-laitosten toiminta on kuitenkin diabattinen, kuten uusi tutkimus, julkaistu Journal of Energy Storage.

Tämä tarkoittaa, että ne menettävät lämpöä puristuksen aikana eikä lämpöä voida käyttää uudelleen. Lisäksi fossiilisten polttoaineiden käyttö ilman laajentamisessa aiheuttaa lisäkasvihuonekaasupäästöjä ja heikentää järjestelmän tehokkuutta.

Kun A-CAES (adiabaattinen paineilma-energiavarastointi) ratkaisee tämän ongelman varastoimalla puristuksen aikana syntyvän lämmön ja käyttämällä sen uudelleen ennen laajentamista, tällaisia pilottolaitoksia on kuitenkin vain rajoitettu määrä, koska niiden aloitusinvestointi on korkeampi ja vaaditaan korkean paineen säiliöitä, joilla on suuri tilavuuskapasiteetti tehokkaaseen ilmakehän varastointiin.

Siksi tutkimus tutki mahdollisuutta sisällyttää hylätyt öljy- ja kaasukaivot (AOGW) CAES-kehitykseen käyttäen konseptuaalisia, matemaattisia ja numeerisia malleja ongelman ratkaisemiseksi.

Ympäristönsuojeluviraston (EPA) mukaan arvioidaan, että tällaisia käytettyjä kaivoja on noin 3,9 miljoonaa, mikä tarjoaa valtavan mahdollisuuden.

Orpojen kaivojen määrä kasvaa, ja ne yleensä puuttuvat asianmukaisesta ylläpidosta ja valvonnasta, mikä aiheuttaa suuren riskin kasvihuonekaasuvuotoihin, maanalaisen veden saastumiseen ja maaperän kontaminaatioon.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi Yhdysvaltain hallitus on toteuttanut useita toimia, mukaan lukien 560 miljoonaa dollaria myönnetty 24 osavaltiolle näiden kaivojen sulkemiseen, tiivistämiseen ja kunnostamiseen. Infrastruktuuri-investointi- ja työpaikkalaki (IIJA) on myös varannut 4,75 miljardia dollaria näiden kaivojen kunnostamiseen ja valvontaan koko maassa.

Kuitenkin, näistä toimista huolimatta, AOGW:t ovat edelleen suuri haaste hallitukselle. Näiden orpojen kaivojen uudelleenkäyttö uusiutuvan energian omaisuuksina ja niiden integrointi energiasiirtymään tarjoaa vankan ratkaisun tähän ongelmaan.

Lopulta nämä maanalaiset tilat tarjoavat useita ainutlaatuisia etuja, kuten vakauden ja luonnollisen eristyksen, jotka tekevät niistä ihanteellisia erilaisille energian varastointiteknologioille. Niiden uudelleenkäyttö elvyttää hylättyjä kohteita, vähentää energian tuotannon hiilijalanjälkeä ja voidaan jopa integroida muiden energiajärjestelmien kanssa.

Tutkimus ehdottaa näiden hylättyjen kaivojen käyttämistä edullisina CAES-säiliöinä sulkemalla ja muuntamalla niiden rakenteen. Se myös ehdottaa maanalaisen geotermisen lämmön hyödyntämistä varastoidun ilman lämmittämiseksi ja paineen nostamiseksi.

Tutkimus toteutettiin osana Penn Staten Repurposing Center for Energy Transition (ReCET), jonka tavoitteena on uudelleenkäyttää olemassa oleva fossiilinen energian infrastruktuuri energiasiirtymäsovelluksiin, erityisesti perinteisissä energiateollisuuden yhteisöissä.

Voitto-voitto -ratkaisu kaikille sidosryhmille

Käynnistyskustannusten rajoittaessa CAES-laitosten kaupallista kehitystä, tutkijat ehdottivat geotermisesti avustettua paineilma-energiavarastointijärjestelmää hylättyjen öljy- ja kaasukaivojen avulla, jonka he havaitsivat voivan parantaa tehokkuutta 9,5 %.

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

“Tämä tehokkuuden parannus voi olla pelin muuttaja oikeuttamaan paineilma-energiavarastointiprojektien taloudellisuuden. Lisäksi voisimme merkittävästi välttää alkuinvestoinnin käyttämällä olemassa olevia öljy- ja kaasukaivoja, jotka eivät enää tuota. Tämä voisi olla voitto-voitto -tilanne.”

– Taleghani

Näiden kaivojen uudelleenkäyttö, jotka ovat menettäneet taloudellisen kannattavuutensa öljyn tai kaasun tuotannossa, mahdollistaisi operaattoreille pääsyn geotermiseen lämpöön kuumissa kallioperämuodostumissa. Tämä poistaa uusien kaivojen poraamisen raskaat alkuinvestoinnit, mahdollisesti lisää niiden voittoja ja tekee teknologiasta houkuttelevamman.

Tutkimuksen mukaan olemassa olevien laitteiden uudelleenkäyttö parantaa taloudellista kannattavuutta, ja ympäröivän varannon geotermisen energian käyttö lisää edelleen järjestelmän tehokkuutta.

Toinen etu näiden lämmitettyjen kaivojen käytössä on, että ne voivat mahdollisesti varastoida enemmän energiaa, koska lämpötilan noustessa paineilma lisää painetta. Tiimi käytti numeerisia mallinnussimulaatioita osoittaakseen, että CAES-järjestelmien sijoittaminen näihin orpoihin kaivoihin merkittävästi nostaa ilman lämpötilaa järjestelmissä. Taleghanin mukaan:

“Ilman geotermisen järjestelmän hyödyntämistä et saisi riittävästi kannustavia lukuja.”

Lisäksi “uusien kaivojen poraaminen ei välttämättä ole taloudellisesti kannattavaa tämän tyyppisessä varastoinnissa. Mutta yhdistämällä nämä kaksi tekijää ja käymällä mallinnuksen ja simuloinnin läpi, löysimme, että tämä voisi olla erittäin hyvä ratkaisu,” Taleghani lisäsi.

Auttaen CAES:ia näyttelemään keskeistä roolia puhtaan energiasiirtymän edistämisessä ratkaisemalla uusiutuvien lähteiden epäsäännöllisyyden ongelman, orpojen öljy- ja kaasukaivojen uudelleenkäyttö voi myös auttaa lieventämään käytettyjen kaivojen ympäristövaikutuksia.

Uudelleenkäyttö voi lisäksi tarjota uusia työllistymismahdollisuuksia alueilla, joilla on vahva energiateollisuuden perinne. Pennsylvania on hyvä esimerkki, jossa arvioidaan olevan noin 300 000 tällaista hylättyä kaivoa.

Nämä kaivot voivat vaurioitua tai niiden virheellinen sulkeminen voi päästää metaania ilmakehään ja pohjaveteen. Siksi tutkijoiden uudelleenkäyttöehdotus on “periaatteessa kahden linnun metsästystä yhdellä iskulla.”

“Ensinnäkin, tiivistämme nämä kaivot. Tämä pysäyttää mahdolliset vuodot. Ja jos uudelleenkäytämme nämä kaivot energian varastointiin, hyödynnämme edelleen näissä yhteisöissä jo olemassa olevaa infrastruktuuria. Se voi mahdollisesti ylläpitää työllisyyttä alueella ja antaa yhteisöille mahdollisuuden olla osa energiatulevaisuutta.” 

– Taleghani

Mitä tulee lähestymistavan todelliseen soveltamiseen, joka voisi tarjota kustannustehokkaan ja kestävän tavan varastoida uusiutuvaa energiaa hyödyntäen olemassa olevaa infrastruktuuria, toteutus voisi alkaa seuraavan 5–7 vuoden sisällä, kun lisätutkimus ja sääntelyhyväksynnät ovat valmiita.

Innovatiivinen yritys

NextEra Energy, Inc.

Johtava puhtaan energian yritys, NextEra Energy (NEE ), on pääkonttorinsa Floridassa ja sijoittaa uusiutuvan energian tuotantoon sekä edistyneisiin energian varastointiratkaisuihin, mukaan lukien CAES-teknologiat. 

NextEra Energy omistaa Florida Power & Light Company (FPL), Yhdysvaltojen suurimman sähköyhtiön. FPL tarjoaa puhdasta, edullista ja luotettavaa sähköä noin 12 miljoonalle ihmiselle Floridan alueella. Viime kuussa FPL esitti neljän vuoden pyynnön Floridan julkiselle palvelukomissiolle (PSC) asettaakseen uudet hinnat, kun nykyinen perushintasopimus päättyy tänä vuonna. 

Ehdotuksen mukaan, alkaen vuodesta 2026 vuoteen 2029, tavallisen 1 000 kWh:n lasku asuinasiakkaalle olisi noin 20 % alhaisempi kuin kahdenkymmenen vuoden takainen, kun otetaan huomioon inflaatio. Samaan aikaan pienten ja keskisuurten yritysasiakkaiden laskut nousisivat keskimäärin 1 %–5 % vuodessa.

Next Eneryn puhtaan energian liiketoiminta — NextEra Energy Resources — on suurin aurinko- ja tuulivoiman tuottaja, sekä akkuvarastoinnin. Yritys tuottaa myös puhdasta sähköä kaupallisista ydinvoimaloistaan. Yhteensä on seitsemän tällaista yksikköä New Hampshireissa, Wisconsinessa ja Floridassa.

Yrityksen taloustietoja tarkasteltaessa, Next Energy, jonka markkina-arvo on 143,4 miljardia dollaria, raportoi GAAP-pohjaisen nettotuloksen 1,203 miljardia dollaria, 0,58 dollaria osakkeelta, vuoden 2024 neljännen neljänneksen osalta ja 0,53 dollaria osakkeelta korjattuna.

Koko vuoden 2024 GAAP-pohjainen nettotulos oli 6,946 miljardia dollaria, eli 3,37 dollaria osakkeelta, ja korjatut tulokset olivat 7,063 miljardia dollaria, eli 3,43 dollaria osakkeelta, mikä oli yli 8 %:n kasvu edellisvuoteen verrattuna.

“NextEra Energy:lla oli erinomainen toteutuksen vuosi vuonna 2024,” sanoi toimitusjohtaja John Ketchum, kun hän totesi, että yhtiö on tuottanut enemmän sähköä sekä investoinut enemmän energian infrastruktuuriin kuin mikään muu Yhdysvaltojen yritys.

Vuonna 2024 yhtiö otti käyttöön noin 8,7 gigawattia uusia uusiutuva- ja varastointiprojekteja. Toimitusjohtaja Ketchum totesi:

“Kokemuksella kaikissa energian arvoketjun osissa. NextEra Energy on hyvin asemoitunut hyödyntämään tulevia mahdollisuuksia ja kasvavaa sähkön kysyntää, joka tapahtuu nyt Yhdysvalloissa.”

Kirjoitushetkellä NEE-osakkeet käyvät 69,73 dollaria, alhaisempi 2,73 % vuodesta alkaen. Yhtiön maksama osinkotuotto on melko houkutteleva, 3,25 %.

Aikaisemmin tänä vuonna yhtiö ilmoitti suunnitelmistaan laajentaa maakaasu- ja ydinvoiman tuotantoa vastatakseen kasvavaan sähkön kysyntään. AI‑buumi on ollut suurin ajuri Yhdysvaltojen sähkönkulutuksen merkittävälle kasvulle, samoin kuin talouden sähköistymisen lisääntyminen. Tämä on luonut kysyntää uusille kaasulaitoksille ja herättänyt uudelleen kiinnostuksen ydinenergiaan.

Tämän kysynnän täyttämiseksi NextEra Energy on tehnyt kumppanuuden 87,65 miljardia dollaria markkina-arvoltaan GE Vernova (GEV ) (NYSE: GEV) kanssa. GE Vernova:n mukaan datakeskukset suosivat kaasua tuulen ja auringon sijaan, ja kaasuturbiinien tilaukset kaksinkertaistuivat 20 gigawattiin viime vuonna, ja odotetaan olevan vielä vahvempia tänä vuonna, koska ne tarvitsevat sähköä ympäri vuorokauden.

Kaasuturbiinivalmistajan avustuksella yhtiö vastaa datakeskusten energian tarpeisiin.

“Ideana olisi kohdistaa suurta kuormitusta vaativiin asiakkaisiin ja tehdä se integroidulla tavalla, jossa voimme yhdistää kaasupohjaisen tuotannon uusiutuvan energian ja akkuvarastoinnin kanssa.”

– Ketchum sanoi tammikuun lopussa

NexEra on myös aloittanut Iowa-pohjaisen ydinvoimalansa, Duane Arnold Energy Centerin, käynnistysprosessin, joka suljettiin vuonna 2019. Tätä varten se on jättänyt hakemuksen Yhdysvaltain ydinvalvontakomissiolle lisenssimuutoksesta ja pyrkii saamaan sen toimintaan vuoden 2028 loppuun mennessä.

Viime kesänä NextEra Energy Foundation myös rahoitti miljoonan dollarin AI‑pohjaisen keskuksen Florida Atlantic Universityn insinööri- ja tietojenkäsittelytieteen tiedekunnassa. Projekti sisältää seinästä seinään -näyttöjä, jotka jäljittelevät FPL:n älykästä verkkoa äärimmäisiä sääilmiöitä varten.

Huhtikuussa Ketchum oli myös kertonut, että uusiutuvien energioiden ja energian varastoinnin markkinat voisivat kolminkertaistua seuraavan seitsemän vuoden aikana verrattuna edelliseen seitsemänvuoteen, johtuen datakeskusten rakentamisen kasvavasta kysynnästä.

Datakeskuskehittäjät haluavat edullista energiaa, panosta hiilineutraaliuteen ja oikean sijainnin nopeaa markkinoille pääsyä. Lisäksi sirun valmistus ja öljy- ja kaasuteollisuus sähköistyvät, mikä johtaa “merkittävään sähkökysyntään.”

Uusimmat tiedot Next Era Energy, Inc.

Yhteenveto

Matka nettonollapäästöihin sisältää uusiutuvan energian kriittisenä osana, joka voi auttaa vähentämään fossiilisia polttoaineita tarjoamalla puhtaita energialähteitä. Puhtaan ja vihreän energian vallankumous kuitenkin tarvitsee lupaavia laajamittaisia energian varastointiratkaisuja.

Vaikka paineilma-energiavarastointi (CAES) tarjoaa ratkaisun, sillä on omat ongelmansa alhaisen tehokkuuden ja korkean kustannuksen osalta. Mutta uusin tutkimus tarjoaa innovatiivisen lähestymistavan, joka merkittävästi vähentää alkuinvestointeja ja lisää tehokkuutta.

Öljy- ja kaasukaivojen uudelleenkäyttö energian varastointisovelluksissa ja geotermisen energian integrointi järjestelmään lisää edelleen tehokkuutta ja lisäksi vähentää ympäristövaikutuksia.

Tämä uusi järjestely edustaa merkittävää edistysaskelta kestävissä energiaratkaisuissa, tarjoten polun kohti puhtaampia ja kannattavampia CAES-järjestelmiä sekä kestävämpää ja ympäristöystävällisempää energiatulevaisuutta!

Klikkaa tästä saadaksesi listan parhaista uusiutuvan energian osakkeista.