Стари петролни кладенци възкръсват като гравитационни батерии за зелена енергия

В САЩ има зашеметяващ брой изоставени петролни и газови кладенци. Renewell Energy ги вижда като неизползвано решение за климата.

09:01 | 9 май 2023

Автор: Коко Лиу

Снимка: Bloomberg LP

Клубът на почитателите на изоставените петролни и газови кладенци е изключително малък, но Кемп Грегъри може би е неговият председател. Там, където другите виждат гледка или източник на неправомерни емисии на метан, Грегъри вижда възможност.

Застанал до кладенец с дълбочина 4 000 фута в покрайнините на Бейкърсфийлд, Калифорния, той показва защо. Дълбоко под повърхността на кладенеца на кабел е окачена тежест с тегло 3 000 кг. С натискането на един бутон Грегъри задейства малък мотор, който изтегля тежестта от дъното на кладенеца, докато тя достигне предварително определена височина. Сега тя е нещо повече от голяма тежест; тя е източник на потенциална енергия. Грегъри натиска още един бутон и тежестта започва да се спуска, освобождавайки тази енергия под формата на електричество, което може да се подаде към мрежата.

Системата е проектирана да съхранява близо 2 киловатчаса (kWh) електроенергия - едва ли е достатъчно за захранване на домашна сушилня, казва Грегъри, който е съосновател на стартъпа Renewell Energy през 2020 г. Но компанията се надява да изгради по-големи системи в до 30% от милионите неактивни петролни и газови кладенци в САЩ. По този начин Renewell иска да превърне инфраструктурата, отговорна за замърсяването на планетата, в решение, което да отговори на едно от най-големите предизвикателства на енергийния преход: икономично и устойчиво съхранение на електроенергия.

Според оценките на Международната агенция по енергетика, за да се задържи глобалното затопляне под 1,5 °C, до средата на века почти 90 % от електроенергията в света ще трябва да идва от слънчеви панели, вятърни турбини и други източници, които не са изкопаеми горива, в сравнение с около 30 % сега. Но добавянето на повече възобновяема енергия към микса ще изисква и решения за съхраняване на излишната енергия, генерирана в особено ветровити дни, или за разпределяне на съхранената енергия, когато облаците намаляват производството на слънчева енергия.

Презареждащите се батерии помагат да се отговори на тази нужда, но металите и минералите, необходими за производството на литиево-йонни батерии, понастоящем са оскъдни и скъпи за добив. Въпреки непрекъснатия спад в цените на литиево-йонните батерии, според BloombergNEF през 2026 г. съхраняването на 1 kWh електроенергия по този начин все още може да струва 100 USD. За разлика от това, Грегъри прогнозира, че решението за гравитационно съхранение на Renewell - което разчита до голяма степен на евтини стоманени тръби, рециклирани от петролни полета, и готови компоненти - може да струва само 5 долара за kWh до 2028 г.

Превръщането на неактивните кладенци в гравитационни батерии би могло да даде втори живот на голям брой непроизвеждащи петролни и газови кладенци, казва Дайо Акиндипе, експерт от Националната лаборатория за възобновяема енергия (NREL), правителствена изследователска институция. Според оценките на Renewell само САЩ са похарчили около 4 трилиона долара за сондиране и изграждане на такива кладенци. В опит за повторно използване на инфраструктура, която иначе би се разхитила - или още по-лошо, би била източник на замърсяване с метан - Министерството на енергетиката на САЩ е предоставило безвъзмездни средства в размер на 2,7 млн. долара на Renewell в партньорство с NREL, за да тества и оптимизира своята технология за гравитационно съхранение.

Има и потенциални ползи за климата. Петролните и газовите компании имат сравнително малко стимули за почистване на дейността си и много непроизвеждащи кладенци просто се изоставят, без да бъдат надлежно запечатани. Последната налична оценка на Американската агенция за опазване на околната среда показва, че през 2019 г. в страната е имало поне 1 милион незатворени кладенци, които общо са отделяли толкова затоплящ планетата метан, колкото около 450 000 крави. Решението на Renewell ще включва затваряне на неизползваните кладенци, като по този начин ще се намали рискът от неорганизирани емисии на метан, които са 80 пъти по-мощни от въглеродния диоксид.

Създаване на "чудовище на Франкенщайн"
Роден в Тексас и бивш инженер в Shell, Грегъри прекарва пет години, помагайки на компанията да извлича повече петрол от все по-изчерпващите се находища. През 2018 г. той решава да смени посоката и посещава висше училище в Станфордския университет, за да изучава енергийно инженерство и предприемачество. Но именно телефонно обаждане от Уокър Колт, тогавашен оценител на нефтени находища и приятел от детинство на Грегъри, задвижва дуото, което става съосновател на Renewell Energy. Двамата технологични ентусиасти редовно си разменят нови идеи и този път смятат, че са намерили и бизнес решение. Стефан Стрекфус, бивш инженер в Burger King и приятел на Грегъри от Станфорд, се присъединява като трети съосновател на Renewell.

Останалото се развива донякъде като типичен стартъп от Силициевата долина, в който млади инженери се опитват да реализират идеята си в гараж - с изключение на това, че първият прототип на Renewell е създаден в инженерното студио на техен познат в Тексас. Екипът се нуждае от 18 месеца, за да го сглоби, което е шест пъти повече от първоначално планираното; в един момент дори разглобяват косачка за трева, за да намерят компоненти (подход, от който по-късно се отказват). Без никаква рискова подкрепа по това време, съоснователите се опитват да намалят разходите, като, наред с други неща, претърсват сметището за материали.

"Сглобявахме всичко като едно голямо чудовище на Франкенщайн", казва Грегъри.

Когато започват да тестват своето "чудовище", първоначалните резултати са достатъчно обещаващи, за да убедят голяма компания за изкопаеми енергийни източници в Калифорния да им предостави достъп до един от своите неизползвани петролни кладенци. (Renewell подписва споразумение за конфиденциалност с компанията и не може да назове името ѝ.) От октомври насам 8-метровият прототип, който тежи 10 000 килограма, е инсталиран на нефтено поле в Бейкърсфийлд (където се намира и седалището на Renewell), което осигурява на стартъпа място за така необходимите полеви изпитания.

Там Грегъри - облечен с каска и чифт ботуши със стоманени бомбета - тества "ефективността на обиколка" на гравитационната батерия. Това е термин, използван за описание на процента електроенергия, която може да бъде съхранена и възстановена по-късно. Грегъри казва, че системата на Renewell сега постига 71% ефективност. Той нарича този показател "висок" за първия прототип на стартъпа, но той все още е доста по-нисък от този на други видове батерии.

Според някои оценки на индустрията, например, литиево-йонните батерии за комунални цели имат средна ефективност от 82 % в двете посоки. При съоръженията за помпено съхранение на вода този показател е 79 %. За да настигнат конкурентите си, шестимата служители на Renewell работят за увеличаване на ефективността до 80 %.

Въпреки че увеличението на ефективността с девет процентни пункта може да звучи сравнително малко, компанията работи усилено, за да разбере къде може да постигне подобрения. Системата на Renewell съдържа около 100 компонента и взаимодейства както с хардуер, така и със софтуер, което прави трудно определянето на произхода на техническа повреда. В един от случаите сензор за проследяване на местоположението на тежестта за кратко време излиза от строя. В друг случай Грегъри и екипът му трябвало да тестват компоненти един по един в продължение на месеци, преди да успеят да диагностицират проблем.

"Чувствахме се така, сякаш преследвахме призраци", казва той.

Как да превърнем изчерпан кладенец в златна мина
Ако Renewell успее да преодолее техническите си предизвикателства, Грегъри казва, че компанията е готова да промени енергийния пейзаж. Първоначалният ѝ план е да продава технологията на Renewell на действащи нефтени и газови находища, в които има и непроизвеждащи кладенци, което ще позволи на неработещите кладенци да съхраняват излишната възобновяема енергия, когато цените и търсенето са ниски. Макар че гравитационните батерии на Renewell имат за цел да улеснят по-широкия преход към възобновяема енергия, това означава, че първата им фаза, донякъде по ирония на съдбата, ще осигури по-достъпна енергия за захранване на нефтени и газови операции. Въпреки това Грегъри твърди, че технологията му може да подпомогне декарбонизацията.

"Влиянието на нашия растеж ще бъде повече кладенци [за нефт и газ], които ще бъдат почистени по-бързо, отколкото в противен случай, и революционно средство за съхранение на енергия, което ще помогне на вятърната и слънчевата енергия да получат пазарен дял", казва той.

Когато други кладенци пресъхнат, вместо да бъдат изоставени, стартъпът потенциално би могъл да ги наеме сам, след което да ги оборудва със своята технология, за да разшири капацитета за съхранение. Този подход на свой ред може да позволи на Renewell да привлече нов клиент: операторите на мрежови мрежи, които се нуждаят от помощ за балансиране на търсенето и предлагането на енергия.

"Значението е огромно", казва Акиндипе от NREL. Решението на Renewell се основава на "наука от гимназията", казва той, но то може да "позволи на нефтената и газовата индустрия да участва в пазара на съхранение на енергия и в енергийния преход".

Все пак бизнес моделът на Renewell остава недоказан. За разлика от своите братовчеди, които се занимават с възобновяеми енергийни източници, петролните и газовите компании нямат остра нужда от съхранение на енергия, казва Оливър Шмидт, гостуващ изследовател, специализиран в областта на съхранението на енергия в Imperial College London. "Колебанията в цените на електроенергията трябва да са много големи [за да работят]", добавя той.

Миналия месец Renewell набра повече от 3 млн. долара в начален кръг на финансиране от инвеститори, сред които SOSV, Third Sphere и фонда за рисков капитал на технологичния милиардер Томас Престън Вернер. Тя планира да инсталира първия си търговски проект тази година в Калифорния, въпреки че компанията не съобщава подробности за бъдещия си партньор. "Целта ни е да изградим 25 търговски системи през 2025 г.", казва Грегъри. "Това наистина ни премества от етапа на разработване в етапа на растеж."

Използването на гравитацията за съхранение на енергия не е нова идея; помпените водноелектрически централи съществуват от началото на 20-ти век. Но напоследък се наблюдава вълна от подновен интерес към концепцията, въпреки че стартиращите компании, които работят по нея, са все още в начален стадий. Най-известната сред тях е базираната в Калифорния Energy Vault, която беше оценена на 1,1 млрд. долара в рамките на сливането на SPAC миналата година. Основана през 2017 г., Energy Vault използва системи, подобни на асансьори, за да се опита да съхранява енергия чрез преместване на тежки блокове нагоре и надолу по масивни сгради, подобни на складове. Gravitricity, друга високопрофилна фирма за гравитационно съхранение, базирана в Единбург, Шотландия, има решение, подобно на това на Renewell, но нейният продукт е предназначен за използване в изоставени минни шахти. Нито едно от тези предприятия не е завършило проект в търговски мащаб.

Renewell твърди, че дълбочината и размерът на всеки кладенец са сред основните фактори, определящи колко енергия може да се съхранява. Компанията прогнозира, че средностатистическият кладенец, в който ще приложи технологията си, може да съхранява 150 kWh електроенергия - достатъчно за захранване на пет средностатистически американски домакинства за един ден. За кладенците с дълбочина над 12 000 фута Renewell се надява да внедри по-голяма система, която да съхранява 300 kWh електроенергия.

Шмидт от Имперския колеж в Лондон приветства амбицията на Renewell да използва отново неработещи кладенци, но остава скептичен по отношение на способността на компанията да разшири мащаба на технологията. Според него времето, парите и човешките ресурси за модернизиране на всеки от тези кладенци могат да се окажат непосилни. По данни на компанията първият прототип на Renewell е струвал около 600 000 долара за изграждане и инсталиране.

Най-непосредственият проблем обаче може да дойде от регулаторната страна. Законът изисква непроизвеждащите нефтени и газови кладенци да бъдат изведени от експлоатация - процес, който обикновено включва демонтиране на оборудването, запушване на кладенеца с бетон и затварянето му - но американските законодатели все още не са признали гравитационните кладенци като алтернативен вариант.

Това не притеснява Грегъри, който разговаря с политиците в Калифорния и Колорадо за внедряване на технологията на Renewell. Технологията е твърде нова, за да се очаква, че регулаторите ще бъдат запознати с нея, казва той, и е убеден, че благословията на законодателите рано или късно ще дойде: "Има толкова много неща, които могат да се направят с един неработещ кладенец."