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水力压裂储能或将成为石油公司转型新方向

发布于: 2023-11-28
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来源: 油服网

近日,SPE《Journal of Petroleum Technology》杂志发布文章,两家美国能源公司正在开展通过水力压裂、利用地下岩层进行大规模储能的技术测试。

该项技术根据抽水储能的原理,采用石油和天然气工业开发的水力压裂技术,充分利用遍布美国的废弃石油井、天然气井和地热井,将其变为抽水储能电站。

这一研究得到美国能源部及国际钻井承包商Nabors Industries等的支持。实验测试结果显示,该技术用于发电的前景良好,比锂电池技术更具成本优势,有望实现商业化运行。


水力压裂储能发电

成为水电储能转折点

传统的抽水蓄能技术是在电网负荷处于低谷时,利用电能将水抽至上水库,再利用水的重力发电。这种方式是目前装机规模最大、最具成本效益的储能技术。然而,由于对地势的依赖,抽水蓄能技术未能得到广泛应用。

两家总部位于美国休斯敦的能源公司Quidnet Energy和Sage Geosystems采用新方案通过地下岩层达到这一目的,即在电网负荷较低时,利用富余电力驱动电驱压裂车对垂直井进行水力压裂,将水注入地下岩层裂缝。数小时或数天后,当电力需求达到峰值时再释放地下高压水,以驱动小型工业涡轮机发电,水力压裂消耗的电能可以通过这种新方式输送回电网,以供使用。

这种新的储能发电方案可以用来解决电网电力供应不足,以及风力发电和太阳能发电存在的间歇性供应等问题。将这种储能发电方式与风力发电和太阳能发电联合,能够为电网提供持续的电力供应,取代电网用电负荷高峰时的天然气调峰电厂,实现清洁电力能源的持续供应。

此外,这种新的储能方式还可以利用现有的油气井和新钻井,不受地势地形的限制,部署在电力相对短缺的偏远地区,为当地提供可靠的电力保障。

该新方式通过地面控制,能够在电网负荷高峰期间提供短时间、高功率的电力输出,在电网负荷平稳期间提供长时间的电力供应。因此,无论是长时储能还是短时储能,该方式都能很好地适应电网负荷需求,提升电网的负荷调节能力。


具有成本竞争力

有望实现商业化运行

与传统的抽水蓄能和商业化应用的锂电池技术相比,水力压裂储能发电更具有成本竞争力。由于钻井和水力压裂等相关技术在美国页岩油气开发中已经属于成熟技术,Sage Geosystems估计,其前期成本约为250万—350万美元/兆瓦。未来,通过技术改进有望把成本降低至200万—270万美元/兆瓦(传统抽水蓄能的成本约为260万美元/兆瓦)。而锂电池成本约为300万美元/兆瓦,且只能持续供电约4小时。与锂电池技术相比,该新方法更具成本优势。

Quidnet Energy公司正寻求以1兆瓦容量且往返效率高达90%的存储站点对水力压裂储能技术进行小规模商业化运行,计划于2024年在得克萨斯州建造一个井场开展最终测试。预计新建井场能够一次供应1兆瓦的电力且供应时间长达10小时,足以支持该州大约200户家庭一个夏天的用电量。该公司的这一项目得到美国能源部的大力支持,并与一家为圣安东尼奥供电的公用事业公司签订了为期15年的承购协议。Quidnet Energy公司认为,该项目非常有望实现商业化运行。

Sage Geosystems公司得到了包括国际钻井承包商Nabors Industries在内的投资者的支持,计划于2024年上半年在得克萨斯州或路易斯安那州的太阳能或风电场,钻探一口深度为2100—3600米的井,并配套建设一座3兆瓦的发电厂。


能源转型趋势下

或将受到石油公司青睐

与目前的储能方式相比,水力压裂储能发电新方式具有诸多优势。一是低成本优势。其每兆瓦安装成本低于天然气调峰电厂和其他存储技术,且其长期资本支出仅为电池储能技术或传统抽水蓄能技术的一半或更少。二是可模块化部署。水力压裂储能发电模块部署不受地域地势限制,且占用场地面积小。三是可持续时间长。将多个水力压裂储能发电模块组合到一起,可提供持续的电力供应。四是建设周期短。该方式的场地建设时间短,可以利用现有的老油气井进行开发。

Quidnet Energy公司首席执行官Aaron Mandell表示:“油气田里的缝隙曾经是石油和天然气的所在地。当加压过的水被释放出来的时候,它能像泉水一样流动,从而带动地面的水轮发电机进行发电,让这些废弃的油田重新焕发生机。”

水力压裂储能发电的商业前景良好,未来有望成为石油公司能源转型的新选项。一方面,其中涉及的大部分水力压裂技术、装备在油气行业已成熟应用;另一方面,石油公司掌握大量适用于该发电方式的地质资源和老油气井。因此,石油公司发展这一技术具有诸多先天优势。同时,与水力压裂储能发电相关的一系列技术服务也有望成为油服企业未来业绩的重要增长点,值得油服企业给予更多关注。


本文关键字: 水力压裂 地下岩层 工业开发