A nap- és szélerőművek kapacitásainak gyors növekedése akár jó hír is lehetne környezetünk számára, de a megújuló energia hálózati szintű, hatékony tárolása továbbra is nagy kihívást jelent az energiaszolgáltatók számára. E probléma megoldására az EU kutatói egy nagy mennyiségben és olcsón rendelkezésre álló természetes erőforrás felé fordultak, a levegő felé.
Míg az utóbbi időben a megújuló energiák tárolásához megjelentek ugyan különböző folyadék, illetve olvadt sóval működő akkumulátorok, és egyéb jól használható hálózati megoldások, a kutatók egy része visszatért egy évtizedek óta létező megoldáshoz, a sűrített levegős energiatároláshoz (compressed air energy storage-CAES). Ennek során a fölöslegben termelődő villamos energiával (akár erőművi, akár megújuló forrásból származó) levegőt komprimálnak, amit egy földalatti üregben tárolnak. Amikor az energiára szükség van, akkor a komprimált levegőt átengedik egy gázturbinán, ami így villamos energiát állít elő. Elméletileg ez remek megoldás, a nagy mennyiségű energiatárolás egyik legolcsóbb módja, összehasonlítva például a vízerőművi tárolókkal, amelyeket magas hegyek közé telepítenek, de ez nem áll minden ország rendelkezésére.
Ugyanakkor a levegő komprimálása jelentős hőtermeléssel jár, hasonlatosan ahhoz, ahogy a biciklipumpa is felmelegszik a kerekek felfújása közben. A probléma itt azonban az, hogy mit is kezdjünk a termelődő hővel. Jelenleg csak két sűrített levegős tároló működik a világon, a 290 MW csúcs kapacitású Huntorf tároló Németországban és a 226 MW csúcs kapacitású McIntosh tároló az USA-ban, Alabama államban. Mindkét létesítményben a hőt, – mint a folyamat melléktermékét – elengedik a környezetbe, mivel egyik sem rendelkezik azokkal a lehetőségekkel, ami a hő hasznosításához, illetve tárolásához szükségesek lennének. Leszámítva, hogy így elvész az energia egy része, ez még azt is jelenti, hogy az energiatermelési fázisnál a turbinán történő áteresztés előtt a levegőt újra fel is kell melegíteni, gyakran földgázzal. Mindez erősen rontja a teljes rendszer energiahatékonyságát.
A probléma kiküszöbölésére az Európai Unió által finanszírozott RICAS 2020 projekten (http://www.ricas2020.eu/) dolgozó kutatók un. adiabatikus komprimált levegős energiatárolást dolgoztak ki, amely lehetővé teszi a folyamat során keletkező hőenergia hasznosítását is.
Kulcseleme a fejlesztésnek egy olyan „berendezés” kidolgozása, amely elnyeli a komprimálás során keletkező hőenergiát. Ahogy azt az ábra illusztrálja, a kompresszorból kilépő meleg levegő áthalad egy zúzott követ tartalmazó üregen, ami elnyeli a hőt. A lehűlt levegő aztán a föld alatt lévő tárolóba kerül. Amikor szükségessé válik a tárolt energia visszatermelése, akkor újból átengedik a zúzott követ tartalmazó üregen, ahol visszamelegszik, szükségtelenné téve a gáz égetését a folyamat során.
Giovanni Perillo, a SINTEF anyagtudományi mérnöke, a kutatás egyik projektvezetője szerint a technológia az akkumulátor technológiáknál jobb alternatívával kecsegtet, köszönhetően a hosszabb élettartamának és alacsonyabb tárolt energiára (kWh-ra) vetített beruházási költségeinek. Igy, összehasonlítva a meglévő tároló létesítmények 45-55%-os energiahatékonyságávala komprimálásnál felhasznált energia kb. felét hasznosítják, az új konstrukció hatékonysága elérheti a 70-80%-ot is.
„A komprimálásnál keletkező hő minél nagyobb részét tudjuk hasznosítani, annál több munkát tudunk végeztetni a gázzal a turbinában” állítja a kutató. „Úgy véljük, hogy képesek leszünk a hőenergia hasznosítására, így pedig a tároló létesítmény nettó energiahatékonyságának növelésére”.
Az adiabatikus komprimált levegős energiatárolás (AA-CAES) másik előnye, hogy használata kevésbé korlátozódik bizonyos geológiai formációk meglétéhez. Bár a létesítmény nagyméretű földalatti üregek meglétéhez kötődik, a kutatók szerint ezek lehetnek használaton kívüli barlangok, illetve bányák. A RICAS 2020 projekt például egy elhagyott osztrák bányában valósul meg.
Ahhoz, hogy a projekt a tervezési fázison túljusson, ami az első lesz az adiabatikus komprimált levegős energiatárolás (AA-CAES) esetében, néhány feltételnek teljesülnie kell. Ezek közé tartozik egy szigetelő membrán kifejlesztése, amely képes ellenállni a magas hőmérsékletnek és nyomásnak. A fejlesztési eredmények és a költségelemzések alapján lehet majd eldönteni, hogy tovább lehet-e lépni egy kísérleti létesítmény irányába.
Annak ellenére, hogy a sűrített levegő évtizedek óta létező technológia, a megújuló energiák hasznosítás terén még csak most kezdik el hasznosítani a benne rejlő lehetőségeket. Ennek több oka is van, mondja Matthias Finkenrath, a német Kempten Alkalmazott Tudományegyetem professzora. Ezek közé tartoznak a technológiai problémák, az alacsony energia árak, valamint az energia szektorban jelenlévő bizonytalanságok.
Mindezek a nehézségek azonban nem szegték kedvét mindazoknak a mérnököknek, kutatóknak, illetve az iparágban dolgozóknak, akik szeretnék fejleszteni a megújuló energiák hálózati szintű tárolásának módszereit. Összehasonlítva az akkumulátoros megoldásokkal, a levegő nem kerül semmibe, nem veszít a használhatóságából és mindenhol rendelkezésre áll. Ezzel pl. a szélenergia pont annyira megbízható energiaforrás lehetne, mint a fosszilis energiahordozók, amennyiben a kutatóknak sikerül a technológia alkalmazásában álló kihívásokat megoldaniuk.
„Azok a sűrített levegős tárolók, mint amit ez a fejlesztés is megcéloz, szignifikánsan alacsonyabb költségek mellett nagymértékben növelhetnék a tárolási kapacitást”, mondja Finkenrath professzor. Ha a projekt olyan eredményeket hoz, hogy energia tárolókat a legkülönbözőbb geológiai körülmények között lehet létesíteni, önmagában hatalmas előrelépés lenne. Ha a projektben közreműködő többi szervezet is sikeresen oldja meg a hőtárolás problémáját, akkor a sűrített levegős energiatárolás áttörést is hozhat.
Forrás: SINTEF