国際応用システム分析研究所(International Institute for Applied Systems: IIAS)が主導する新しい研究で、研究者チームは、廃坑になった地下に砂を運搬してエネルギーを貯蔵する新しい方法を開発した。地下重力エネルギー貯蔵（ Underground Gravity Energy Storage: UGES）と呼ばれるこの新しい技術は、世界中で数百万個もある廃坑を利用した効果的な長期エネルギー貯蔵方法を提案するものだ。この新しい技術は、世界の持続可能なエネルギー・ポートフォリオの拡大に貢献する可能性がある。
研究の共著者であり、IIASAエネルギー・気候・環境プログラムの研究者であるBehnam Zakeri氏は、次のように説明している。「経済を脱炭素化するためには、既存の資源を利用した革新的なソリューションに基づいて、エネルギーシステムを見直す必要があります。廃坑をエネルギー貯蔵に変えることは、私たちの周りに存在する多くのソリューションの一例であり、私たちはその展開方法を変えるだけで良いのです。」
脱炭素社会の実現のために、エネルギー転換を推進するためには、広範な再生可能エネルギーの開発が不可欠だ。しかし、太陽光発電や風力発電などの現在の再生可能エネルギーは天候などによって左右されるなど一貫性がなく、変動しやすいため、化石燃料の完全な代替には不十分だ。
利用しやすく、効率的なエネルギー貯蔵ソリューションの開発は非常に重要だ。現在、バッテリーなどの日常的なエネルギー貯蔵の選択肢はあるが、費用対効果の高い長期的な解決策はまだないのが実状だ。さらに、化学電池は長期間の使用では自己放電によりエネルギーが失われると言ったデメリットもある。製造コストもまだまだ高い。
こうした現状の中で、今回提案された地下重力エネルギー貯蔵技術は、世界中にある何百万もの既存の廃坑を利用するもので、この長期的な解決策を提供できる可能性がある。
UGESの主な構成要素は、立坑、発電機、上部貯蔵場所、下部貯蔵場所、採掘装置である。UGESは、価格が高いときに、地下の坑内に砂を降ろすことで発電を行う。そして、砂の位置エネルギーを回生ブレーキによって電気に変換する。その後、電気代が安いときに、電気モーターを使って砂を坑道から上部の貯水池に引き上げ、エネルギーを蓄えるのだ。
坑道が深く、広いほど多くのエネルギーを取り出すことができ、プラントの蓄電量は坑道の大きさに応じて増加する。
UGESのエネルギー貯蔵媒体は砂であるため、自己放電によるエネルギーの損失がなく、数週間から数年という超長期間のエネルギー貯蔵が可能だ。さらに、この技術の投資コストは1〜10ドル/kWh程度、発電容量は2ドル/kWである。UGESは、世界で7〜70TWhの潜在能力があると予測されており、主に中国、インド、ロシア、米国での採用が期待される。
IIASAエネルギー・気候・環境プログラムの研究員で、この研究の主執筆者であるJulian Hunt氏は、次のように結論付けている。「鉱山が閉鎖されると、何千人もの労働者が解雇され、鉱山に経済的生産のみを依存しているコミュニティは壊滅的な打撃を受けます。UGESは、鉱山が操業停止した後もエネルギー貯蔵サービスを提供するため、わずかな欠員を生み出すだけで済むのです。更に廃坑にはすでに基本的なインフラがあり、電力網に接続されているため、コストが大幅に削減され、UGESプラントの導入が容易になります。」
この提案が実現された暁には、閉鎖鉱山における労働者の就業問題についても1つの解決策を提案できる可能性があるのだ。
「脱炭素社会を実現するためには、既存の資源を活用した革新的なソリューションに基づき、エネルギーシステムを再構築する必要があります。廃坑のエネルギー貯蔵への転換は、私たちの周りに存在する多くのソリューションの一例であり、私たちはその展開方法を変えるだけでよいのです」と、IIASAエネルギー・気候・環境プログラムの共同研究者であるBehnam Zakeri氏は述べている。
論文
参考文献
- IIASA: Turning abandoned mines into batteries
- via New Atlas: Scientists propose turning abandoned mines into gravity batteries
研究の要旨
世界中で起こっている低炭素エネルギーへの移行は、主に風力や太陽光発電などの再生可能エネルギー源の統合によって推進されている。このような変動する再生可能エネルギー（VRE）源は、異なる時間スケールでエネルギー需要に確実に対応するためのエネルギー貯蔵オプションが必要である。この論文では、廃坑になった地下鉱山を貯蔵庫として活用し、垂直シャフトと電動モーター/発電機を使って大量の砂を持ち上げたり捨てたりする、重力ベースのエネルギー貯蔵方法を提案している。UGES（Underground Gravity Energy Storage）と呼ばれるこの提案技術は、大量の砂を坑道を通して地下に降ろすことで電気を放出することができる。送電網に余剰電力がある場合、UGESは坑内の砂を上昇させ、坑内の上部の貯蔵場所に堆積させることで電力を貯蔵することができる。UGESの蓄電媒体は電池と異なり砂であるため、自己放電率がゼロであり、超長期の蓄電が可能である。また、砂を貯蔵媒体とすることで、地下揚水発電のように地下水資源を汚染するリスクもない。UGESは、週単位から数年単位での蓄電サイクルが可能で、蓄電投資コストは1～10米ドル/kWh程度です。この技術は、世界全体で7～70TWhのエネルギー貯蔵の可能性があると推定されており、主に季節ごとのエネルギー貯蔵サービスを提供することで、持続可能な開発を支援することができる。
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