По данным Международного энергетического агентства (МЭА), доля солнечной и ветровой энергии в глобальном производстве электроэнергии достигнет 30% к 2025 году. Однако их основная проблема — переменчивость: солнце не светит ночью, а ветер дует не постоянно. Традиционные решения хранения энергии, такие как литиевые аккумуляторы, подходят для краткосрочного покрытия пиковых нагрузок, но не могут обеспечить стабильное снабжение сетей на несколько дней. Именно здесь появляется место для инновационных технологий, которые сочетают эффективность хранения с решением экологических проблем. Лидером в этой области стала американская компания Quidnet Energy, которая предлагает переиспользовать заброшенные нефтегазовые скважины для геомеханического хранения энергии.
История и миссия Quidnet Energy
Компания была основана в 2016 году группой инженеров и специалистов из MIT и Shell, которые решили использовать существующую нефтегазовую инфраструктуру для создания недорогого и масштабируемого решения длительного хранения энергии. Миссия Quidnet — ускорить переход на углеродно нейтральную энергетику, преобразуя заброшенные скважины из источников экологического ущерба в ключевые элементы стабильной энергосистемы.
За годы существования компания привлекла значительные инвестиции: в 2022 году она получила грант от программы Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E) США на сумму $20 млн для масштабирования технологии, а в 2023 году завершила серию инвестиций на $75 млн с участием крупных энергетических компаний ConocoPhillips и Equinor.
Технология геомеханического хранения энергии: как это работает
Основная разработка Quidnet — геомеханическое хранение энергии (Geomechanical Pumped Storage, GPS), которое отлич$ается от традиционных гидроаккумулирующих станций (ГАЭС) отсутствием необходимости создания больших поверхностных водохранилищ. Вместо этого компания использует уже существующие заброшенные нефтегазовые скважины, адаптируя их под цикл зарядки и разрядки энергии:
- Зарядка энергии
При наличии избыточной электроэнергии от солнечных панелей или ветряных турбин высоконапорные насосы перекачивают воду из небольшого поверхностного резервуара в заброшенную скважину. Вода заполняет пустоты в горных породах, сжимая их и создавая подземное хранилище под давлением до 300 бар. При этом геологические особенности скважин, разработанные для нефтегазовой добычи, гарантируют надежное удержание воды и сохранение давления на длительный срок. - Разрядка энергии
При необходимости покрыть дефицит электроэнергии (например, в ночное время или при отсутствии ветра) давление сжатых горных пород заставляет воду вернуться на поверхность. Струя воды приводит в действие турбины, которые генерируют электричество и подают его в общую энергосистему.
Согласно данным Quidnet, КПД технологии составляет около 70%, что выше, чем у большинства других решений длительного хранения: сжатие воздуха имеет КПД 50–60%, а хранение энергии в виде водорода — всего 40–50%. При этом срок службы адаптированных скважин достигает 50 лет, что в 2–3 раза больше, чем у литиевых аккумуляторов.
Преимущества технологии: экология и экономика
Переиспользование заброшенных скважин как решение двойной проблемы
Заброшенные нефтегазовые скважины являются серьезной экологической угрозой. По данным U.S. Energy Information Administration (EIA), в США насчитывается более 2 миллионов таких объектов, из которых около 300 тысяч не закрыты правильно. Это приводит к ежегодным выбросам метана — газа, который в 25 раз более эффективный парниковый газ, чем CO₂ — в объем более 10 миллионов тонн CO₂-эквивалента.
Переиспользование этих скважин для хранения энергии позволяет устранить эту угрозу без дополнительных затрат на бурение новых объектов. В России, например, насчитывается более 500 тысяч заброшенных скважин, что создает огромный потенциал для реализации подобных проектов.
Низкий экологический след
В отличие от традиционных ГАЭС, которые требуют вырубки лесов и создания крупных водохранилищ, технология Quidnet практически не изменяет ландшафт на поверхности. Все основные процессы происходят под землей, а поверхностные объекты (резервуар, насосы и турбины) занимают площадь не более нескольких сотен квадратных метров. Это позволяет развертывать проекты в экологически чувствительных регионах, где строительство традиционных ГАЭсов невозможно.
Экономическая эффективность
Стоимость хранения энергии по данным Quidnet составляет около $100 за кВт·ч, что сопоставимо с литиевыми аккумуляторами, но с существенно большим сроком службы. Это делает технологию особенно выгодной для длительного хранения энергии на несколько дней, когда требуется покрыть периоды полного отсутствия солнечного или $ветрового излучения.
Согласно анализу BloombergNEF, к 2030 году стоимость хранения энергии с помощью технологии Quidnet снизится до $70 за кВт·ч, что сделает ее более конкурентоспособной, чем большинство других решений длительного хранения.
Текущие проекты и результаты испытаний
Пилотный проект в Техасе (США)
В 2022 году Quidnet совместно с ConocoPhillips запустила пилотный прое$кт в Техасе, используя заброшенную нефтяную скважину глубиной 1,8 км. В ходе испытаний в 2023 году компания смогла успешно хранить и выдавать энергию на уровне 10 МВт·ч, подтвердив заявленный КПД на уровне 70%. По результатам пилота Quidnet планирует масштабировать проект до 100 МВт·ч к 2025 году, чтобы покрыть потребности локальной энергосистемы в периоды пиковых нагрузок.
Проект в Норвегии с участием Equinor
В июне 2024 года Quidнт объявила о сотрудничестве с норвежской компанией Equinor для изучения возможности использования морских нефтегазовых скважин в Северном море. Норвегия имеет около 1 тысячи заброшенных морских скважин и развитую инфраструктуру ветровой энергетики, поэтому проект направлен на создание интегрированной системы хранения энергии от крупных морских ветряных парков.
Разработка цифровых моделей с поддержкой ARPA-E
Благодаря гранту от ARPA-E Quidnet разработала систему цифрового двойника скважин, которая позволяет прогнозировать поведение горных пород при сжатии и контролировать состояние объекта в режиме реального времени. Это позволяет снизить риски утечек воды и оптимизировать цикл зарядки и разрядки энергии.
Вызовы на пути к масштабированию
Несмотря на очевидные преимущества, технология Quidnet сталкивается с рядом сложностей:
- Технические особенности каждой скважины
Каждая заброшенная скважина уникальна по геологическим характеристикам, поэтому требуется индивидуальное обследование и модернизация. Необходимо оценить прочность горных пород, возможность их сжатия и отсутствие рисков утечек воды в грунтовые воды. Это увеличивает начальные затраты на реализацию проектов. - Регуляторные барьеры
В большинстве стран пока нет разработанных стандартов для геомеханического хранения энергии. Компаниям приходится работать с местными регуляторами для разработки индивидуальных разрешений, что увеличивает сроки реализации проектов. В США, например, Quidnet работала с Управлением по охране окружающей среды (EPA) для разработки норм безопасности и экологического контроля. - Финансовые инвестиции
Хотя в долгосрочной перспективе технология экономически выгодна, начальные затраты на обследование и модернизацию скважин могут достигать нескольких миллионов долларов на объект. Однако привлечение государственных грантов и инвестиций от крупных энергетических компаний помогает снизить эти риски.
Перспективы развития
По прогнозам BloombergNEF, к 2030 году доля геомеханического хранения энергии в общем объеме глобального хранения достигнет 5%, а к 2050 году — 15%. Это сделает технологию одним из ключевых элементов глобальной энергетической трансформации.
Quidnet уже ведет переговоры с энергетическими компаниями в России, Саудовской Аравии и Канаде — странах с большим количеством заброшенных нефтегазовых скважин. В России проект может быть особенно актуален для регионов с развитой солнечной и ветровой энергетикой, таких как Краснодарский край и Республика Калмыкия, где стабильность энергосистемы зависит от эффективного хранения энергии.
Итог
Quidnet Energy демонстрирует, что переход на углеродно нейтральную энергетику не обязательно требует полного отказа от старой инфраструктуры. Переиспользование заброшенных нефтегазовых скважин для хранения энергии позволяет одновременно решить две важные проблемы: обеспечить стабильность энергосистем при росте доли возобновляемых источников и снизить экологический ущерб от заброшенных объектов.
Технология Quidnet стала примером циркулярной экономики в энергетике, доказывая, что старые активы могут получить новую жизнь и стать ключевыми элементами устойчивого развития.