Um novo método consegue avaliar de forma eficiente e segura se as minas de carvão abandonadas podem ser transformadas em sistemas de armazenamento de energia hidroeléctrica por bombagem.
Cientistas do Laboratório Nacional de Oak Ridge (ORNL) desenvolveram ferramentas de modelação avançadas que podem abrir caminho para a transformação de milhares de minas de carvão abandonadas nos Estados Unidos em grandes instalações subterrâneas de armazenamento de energia.
A inovação centra-se em modelos hidrodinâmicos e geoquímicos de alta fidelidade, concebidos para avaliar se os antigos locais de mineração podem ser convertidos de forma segura e eficiente em sistemas de armazenamento de energia hidroeléctrica por bombagem (PSH, na sigla em inglês).
Frequentemente descritas como “pilhas de água”, as instalações PSH armazenam energia bombeando água para uma altitude mais elevada quando a electricidade é abundante e libertando-a através de turbinas para gerar energia durante os períodos de pico de procura.
O PSH já representa mais de 90% da capacidade de armazenamento de energia à escala de utilidade pública nos EUA, mas a sua expansão tem sido limitada pela geografia. Os sistemas convencionais requerem diferenças significativas de altitude para criar a “altura” gravitacional necessária para accionar as turbinas. Esta restrição tornou muitas regiões inadequadas para o desenvolvimento.
A abordagem do ORNL reinventa o modelo movendo o reservatório inferior para o subsolo. Em vez de construir novas infra-estruturas de superfície de grande dimensão, os engenheiros utilizariam os poços e túneis profundos de minas de carvão desactivadas para armazenar água. Esta estratégia poderá desbloquear o potencial de armazenamento de energia em regiões mais planas e reduzir significativamente os custos de construção, aproveitando a infra-estrutura existente.
No entanto, a conversão de minas de carvão em centrais hidroeléctricas apresenta sérios desafios técnicos. Os ambientes subterrâneos são quimicamente reactivos e estruturalmente complexos. Os minerais residuais podem interagir com a água, corroendo as turbinas e outros equipamentos. Além disso, a água a alta pressão e em movimento rápido pode destabilizar as paredes envelhecidas dos túneis, aumentando as preocupações com fracturas ou derrocadas, refere a Interesting Engineering.
Para lidar com estes riscos, os investigadores do ORNL desenvolveram ferramentas de simulação detalhadas capazes de modelar os padrões de fluxo de água dentro dos poços das minas e prever as reações químicas entre a água e os minerais nativos. Os modelos permitem aos engenheiros avaliar os riscos de corrosão, a integridade estrutural e a estabilidade operacional a longo prazo antes do início da construção.
“O armazenamento hidroeléctrico subterrâneo é uma oportunidade entusiasmante, mas precisamos de superar desafios como a erosão química e a estabilidade estrutural”, disse Thien Nguyen, investigador sénior do ORNL.
Com a estrutura de modelação técnica estabelecida, a equipa dedica-se agora a análises tecnoeconómicas e de eficiência de sistemas abrangentes. Estes estudos irão avaliar a viabilidade financeira, as melhores práticas operacionais e o potencial de desempenho global em locais específicos.
ZAP