Un grupo de investigación de China ha estudiado la estabilidad a largo plazo del uso de pozos horizontales de doble fondo (TWH, por sus iniciales en inglés) situados en capas de sal de baja calidad y con inclinación para el almacenamiento de energía por aire comprimido (CAES).
«Según los datos estadísticos, aproximadamente el 85 % de las cavernas salinas existentes en China son TWH», explicó el equipo de investigación. «A medida que se amplían los depósitos de almacenamiento de energía en cavernas salinas, las cavernas de alta calidad con condiciones geológicas favorables son cada vez más escasas. China alberga numerosas cavernas salinas TWH con un alto contenido de sedimentos, algunas de las cuales alcanzan hasta el 90 % o incluso están completamente enterradas. Por lo tanto, la investigación sobre las cavernas TWH de capas salinas inclinadas de baja calidad tiene una importancia técnica fundamental».
El estudio se basa en una versión simplificada de una TWH en la ciudad de Qianjiang, situada en la región centro-sur de la provincia de Hubei, China. La forma de la caverna salina utilizada para el CAES se modeló como un elipsoide ideal, con una longitud de 800 m, una anchura de 300 m y un espesor de 800 m. El radio del eje largo del elipsoide es de 100 m, el radio del eje corto es de 40 m, el diámetro del canal de conexión es de 15 m y la altura de la caverna de sal es de 200 m. El espesor total de las capas de sal y las capas intermedias es de 286 m, de los cuales las capas de sal representan 190 m.
Basándose en las características de la mina de sal de Qianjiang, los académicos investigaron los efectos de la profundidad de enterramiento en cinco profundidades distintas del techo: 500 m, 800 m, 1200 m, 1600 m y 2000 m. Además, el grupo investigó ángulos de inclinación de 7,5°, 15°, 20°, 25° y 30°. El ángulo de inclinación es el ángulo en el que se inclina una capa de roca con respecto a la horizontal. Un ángulo de inclinación mayor significa que la capa es más empinada, por lo que un lado de la caverna se encuentra a mayor profundidad y soporta más peso que el otro.
Se simuló el funcionamiento del CAES durante 30 años, con 8 horas de carga y 5 horas de descarga al día.
El grupo ha seleccionado cuatro criterios de evaluación para la estabilidad a largo plazo de las cavernas de sal del CAES a diferentes profundidades y ángulos: tasa de contracción de volumen (VSR), volumen de la zona plástica (PZV), desplazamiento máximo de la roca circundante (Dis-Max) y factor de seguridad (SF). La VSR cuantifica la pérdida relativa de volumen de la caverna a lo largo del tiempo debido al deslizamiento de la sal, mientras que la PZV denota el volumen de roca circundante que ha sufrido una deformación irreversible. Dis-Max mide el desplazamiento máximo de la roca circundante en cualquier punto alrededor de la caverna, mientras que SF denota la distancia entre el estado de tensión actual y el inicio de la falla en la sal.
«Los resultados indican que la VSR y el Dis-Max de la caverna de sal aumentan exponencialmente con la profundidad, con un notable crecimiento acelerado después de superar los 1500 m», señaló el equipo. «Un aumento en el ángulo de inclinación de la formación exacerba la asimetría en el VSR y el desplazamiento en la caverna inferior. Por cada aumento de 10° en el ángulo de inclinación a 2000 m de profundidad, el VSR y el Dis-Max aumentan en un 3,53 % y 489 mm, respectivamente. El cuerpo sedimentario muestra un efecto amortiguador significativo sobre la deformación de la roca circundante, y su VSR se ve menos afectado por el ángulo de inclinación».
En conclusión, propusieron que, para las cavernas salinas profundas a 1500 m o más, se diera prioridad al control del ángulo de inclinación a 20° o menos, mientras que para las cavernas poco profundas a menos de 1000 m, el ángulo de inclinación permitido podría relajarse hasta 30°. Además, afirmaron que el estudio ofrece una importante orientación de referencia para la construcción de instalaciones de almacenamiento de energía por aire comprimido en capas de sal inclinadas que se distribuyen ampliamente por toda China.
Sus hallazgos aparecieron en «Stability evaluation of horizontal connected salt cavern compressed air energy storage in low-grade dipping salt layers», (Evaluación de la estabilidad del almacenamiento de energía por aire comprimido en cavernas de sal conectadas horizontalmente en capas de sal de baja inclinación) publicado en Earth Energy Science. En el estudio participaron científicos de la Universidad de Chongqing (China), el Instituto de Investigación de Exploración y Producción Petrolera de SINOPEC, el Laboratorio Clave del Ministerio de Recursos Naturales para la Evaluación y el Desarrollo de Gas Natural No Convencional en Áreas Tectónicas Complejas y el Instituto de Investigación de Ingeniería de Exploración y Desarrollo de Petróleo y Gas de Guizhou.
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