美国废弃的煤矿如何能变成巨大的地下电池？ 美国境内有多达 50 万个废弃煤矿。这些煤矿不仅对环境造成了严重危害，还对公众的健康和安全构成了重大威胁。尽管其中许多煤矿自 20 世纪 70 年代以来就已被废弃，而当时联邦政府尚未制定相关复垦法规，但它们或许最终会得到清理，并且甚至会被改造成可再生能源革命所需的能源储存设施。 橡树岭国家实验室（ORNL）的科学家们近期宣布在一项相关研究中取得了重大突破。他们开发出了一种方法，能够将美国的 50 万个废弃煤矿改造成能源储存设施，以助力电力系统的稳定运行。通过使用高精度的流体动力学和化学模型，该团队展示了这些场地如何能够切实地转变为抽水蓄能设施，从而实现长期的能源储存。 这样的突破将带来诸多益处。首先，它有助于清理和重新利用那些已废弃的煤矿。据 Mining网最近的一份报告称，这些煤矿存在诸多“危险因素，比如敞开的矿井、不稳定的矿壁、地面下沉以及可能危及房屋、道路和公共基础设施的污染水”。特朗普政府最近已经认识到这一威胁的紧迫性，并在 2025 年拨款 7.25 亿美元用于“清理废弃煤矿并为美国历史悠久的煤炭社区恢复机会”。但实际上，将这些煤矿从负担转变为资产可能会为能源安全、环境和经济带来深远的益处。 其次，这将为那些曾经的矿业地区带来急需的就业机会和经济增长。这或许能为该国许多正面临当地经济近乎全面崩溃局面的地区提供一线生机，因为煤炭开采业正处于持续衰退之中。尽管特朗普政府努力试图重振这种最污染的化石燃料产业，但专家们表示，到 2035 年，煤炭在国家能源结构中的占比预计会降至不足 1%，而 2010 年这一比例为 45%。随着煤炭产量的减少，根据美国国家经济研究局的数据，煤炭社区将面临“经济活动大幅下降、收入减少、房产价值下跌以及劳动力分布不均”的局面。 最后，将废弃的煤矿改造成“水电池”将为国家紧张的电力系统提供急需的稳定性，同时有助于实现减排目标。随着美国各地的数据中心为AI计划提供支持而纷纷涌现，能源需求急剧上升，而该国老旧的电网正濒临崩溃的边缘。要在不放弃清洁能源目标和能源安全的前提下满足这一需求，就需要大规模且前所未有的长期能源存储设施的建设。风能和太阳能虽然是廉价且清洁的能源选择，但它们具有波动性——这意味着它们的产量会随着天气和季节的变化而起伏不定，并且往往与能源需求模式相矛盾。 长期的能源储存对于管理这些不同的需求和优先事项将是绝对必要的。目前，全球的能源储存系统主要由锂离子电池构成，但这些电池最多只能储存能量四小时。而在稳定电网中的能量流入和流出时，需要进行更长时间的能量储存。抽水蓄能是当前一场全球激烈的竞赛中的领先技术之一，这场竞赛旨在寻找一种高效、经济且长期的储能解决方案，以适应快速变化的能源环境。 然而，利用旧煤矿来实现这些目的并非毫无困难。据“Interesting Engineering”网站报道：“矿井内部的环境具有化学活性且结构复杂。”但这就是橡树岭国家实验室先进建模技术能够发挥关键作用的地方，因为它能够考虑水如何在不同空间中流动以及与各种化学物质的相互作用。“我们的建模工具将帮助行业合作伙伴评估这些风险，并就特定地点的设施设计、建造和运营做出明智的决策，” 橡树岭国家实验室的科学撰稿人盖伦·法德说道。