Transformacja energetyczna, zakładająca przejście od paliw kopalnych do odnawialnych źródeł energii, wymaga nowoczesnych i wydajnych sposobów magazynowania dużych ilości energii. Kawerny solne mogą odegrać w tym procesie kluczową rolę, oferując bezpieczne i efektywne magazynowanie wodoru oraz sprężonego powietrza. Dzięki swoim unikalnym właściwościom geologicznym, kawerny solne mogą stanowić istotne wsparcie dla stabilizacji przyszłych systemów energetycznych i mogą stać się ważnym elementem ich infrastruktury.

Głównymi wyzwaniami współczesnej energetyki jest zrównoważenie produkcji i zużycia energii, ograniczenie emisji dwutlenku węgla oraz rozwój czystej gospodarki energetycznej^[1]. Odnawialne źródła, takie jak wiatr czy słońce, wytwarzają ją nieregularnie – raz w nadmiarze, a raz w niedoborze. Aby uniknąć strat w okresach nadprodukcji, potrzebne są magazyny, w których energię można przechować i ponownie wykorzystać, gdy zapotrzebowanie wzrośnie.

Kawerny solne doskonale spełniają tę funkcję, działając jak naturalne akumulatory energii zdolne do długotrwałego i bezpiecznego przechowywania różnych nośników. Obecnie rozwijane są dwa główne kierunki ich wykorzystania:

• magazynowanie wodoru,
• magazynowanie energii w postaci sprężonego powietrza (CAES)^[2].

Magazynowanie wodoru

Wodór coraz częściej postrzegany jest jako kluczowy nośnik energii w transformacji energetycznej oraz w dekarbonizacji różnych sektorów przemysłu^[3]. Możliwe jest wytworzenie tzw. zielonego wodoru w procesie elektrolizy wody, który pełni funkcję magazynu energii^[4]. Proces ten można uruchomić, gdy produkcja energii elektrycznej przewyższa zapotrzebowanie — energia elektryczna „rozbija” cząsteczki wody (H₂O) na tlen (O₂) i wodór (H₂). Uzyskany w ten sposób wodór można następnie bezpiecznie przechowywać, na przykład w kawernach solnych.

W okresach zwiększonego zapotrzebowania na energię, wodór pobiera się z kawern i wykorzystuje w procesie spalania lub w ogniwach paliwowych – urządzeniach elektrochemicznych przekształcających energię chemiczną paliwa bezpośrednio w energię elektryczną. W wyniku tej reakcji powstaje energia elektryczna i cieplna, a jedynym produktem ubocznym jest… czysta woda (H₂O).

Kawerny solne działają więc jak naturalne akumulatory o ogromnej pojemności, gromadzące energię w czasach nadprodukcji i oddające ją w szczycie zapotrzebowania. Takie rozwiązanie może stać się jednym z fundamentów gospodarki niskoemisyjnej, zapewniając strategiczne rezerwy wodoru dla energetyki, transportu i przemysłu.

Wykorzystanie wodoru w gospodarce wodorowej – od produkcji z OZE, przez magazynowanie w kawernach solnych, po zastosowania w energetyce, przemyśle i transporcie.

Wodór można wykorzystać na dwa sposoby: spalać go w turbinach lub silnikach albo przetwarzać w ogniwach paliwowych, które zamieniają jego energię chemiczną bezpośrednio w prąd. Spalanie daje około 30–40% energii, a ogniwa paliwowe osiągają sprawność 40–65%, a w niektórych systemach nawet ponad 80%, jeśli odzyskuje się też ciepło^[4]. Co istotne, w tradycyjnych elektrowniach spalających węgiel lub gaz zużywa się ogromne ilości wody do chłodzenia, podczas gdy przy spalaniu wodoru powstaje jedynie czysta woda, co sprawia, że proces jest bardziej przyjazny dla środowiska.

Dla porównania, tradycyjne elektrownie węglowe czy gazowe przetwarzają paliwa kopalne w prąd z podobną lub nieco wyższą sprawnością, ale przy tym powstaje dużo dwutlenku węgla i innych zanieczyszczeń^[5]. Wodór pozwala więc nie tylko magazynować energię i lepiej dopasowywać jej produkcję do potrzeb, ale też zmniejsza negatywny wpływ na środowisko i oszczędza wodę.

Wodór może być też bezpośrednio wykorzystany w przemyśle i transporcie jako czyste źródło energii. W hutnictwie i przemyśle chemicznym coraz częściej zastępuje gaz ziemny, służąc m.in. do produkcji stali i amoniaku bez emisji CO₂^[6,7]. W sektorze transportowym wodór znajduje zastosowanie jako paliwo dla pojazdów napędzanych ogniwami paliwowymi – od samochodów osobowych, przez autobusy i pociągi, po ciężarówki i statki. W tych zastosowaniach wodór dostarcza energii elektrycznej bezpośrednio w pojeździe, a z rury wydechowej wydobywa się jedynie para wodna^[2,8].

Magazynowanie energii w postaci sprężonego powietrza (CAES)

Kawerny solne mogą służyć także do magazynowania energii w postaci sprężonego powietrza, czyli technologii znanej jako CAES (Compressed Air Energy Storage)^[9]. W systemie tym nadwyżki energii elektrycznej z sieci zasilają sprężarki, które tłoczą ogromne ilości powietrza do podziemnych komór solnych. Zmagazynowane pod wysokim ciśnieniem powietrze (nawet powyżej 100 barów) stanowi rezerwuar energii. Gdy zapotrzebowanie na energię wzrasta, sprężone powietrze wypuszczane jest z kawerny i kierowane do turbin, gdzie przed rozprężeniem zostaje podgrzane – zazwyczaj przy użyciu ciepła odzyskanego z procesu sprężania lub z dodatkowego źródła – dzięki czemu rozprężając się, efektywnie napędza generatory wytwarzające energię elektryczną^[2,8].

Wykorzystanie sprężonego powietrza w systemach magazynowania energii – od produkcji energii w OZE, przez podziemne magazynowanie, po jej późniejsze przetwarzanie i wykorzystanie

W ten sposób powstaje czysty, powtarzalny i w pełni kontrolowany cykl magazynowania energii, który pozwala bilansować pracę odnawialnych źródeł i zwiększać stabilność całego systemu elektroenergetycznego.

Zobacz także

• Rola i znaczenie podziemnych magazynów
• Magazyny kawernowe na świecie

Literatura

[1] Kosowski, P., Kosowska, K., 2021. Valuation of Energy Security for Natural Gas—European Example. Energies 14, 2678. https://doi.org/10.3390/en14092678

[2] Cyran, K., 2024. Rola solnych kawern magazynowych w strategii dekarbonizacji – obecny stan wiedzy. Przegląd Solny 18, 13–26.

[3] Crotogino, F., 2022. Large-scale hydrogen storage. Storing Energy. Elsevier, 613–632.

[4] Escamilla, A., Sánchez, D., García-Rodríguez, L., 2022. Assessment of power-to-power renewable energy storage based on the smart integration of hydrogen and micro gas turbine technologies. International Journal of Hydrogen Energy 47, 17505–17525. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.03.238

[5] Raupach, M.R., Quéré, C.L., Peters, G.P., Canadell, J.G., 2013. Anthropogenic CO2 emissions. Nature Climate Change 3, 603–604. https://doi.org/10.1038/nclimate1910

[6] Chisalita, D.-A., Petrescu, L., Cormos, C.-C., 2020. Environmental evaluation of european ammonia production considering various hydrogen supply chains. Renewable and Sustainable Energy Reviews 130, 109964. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.109964

[7] Vogl, V., Åhman, M., Nilsson, L.J., 2018. Assessment of hydrogen direct reduction for fossil-free steelmaking. Journal of Cleaner Production 203, 736–745. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.08.279

[8] Liu, J., Pei, J., Wei, J., Yang, J., Xu, H., 2025. Development status and prospect of salt cavern energy storage technology. Earth Energy Science 1, 159–179.

[9] Lund, H., Salgi, G., 2009. The role of compressed air energy storage (CAES) in future sustainable energy systems. Energy Conversion and Management 50, 1172–1179. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2009.01.032