Ipar

A megújuló energia támogatása: A jövő fényesnek tűnik az energiatárolás szempontjából

A megújuló energia támogatása: A jövő fényesnek tűnik az energiatárolás szempontjából


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Nagyfeszültségű vizsgálati terület és transzformátor vizsgálati terület az energiatároló laboratórium (ESL), 3. öböl külső részén, az Energetikai Rendszerek Integrációs Létesítményénél (ESIF) a Nemzeti Megújuló Energia Laboratóriumban. [Kép forrása: Dennis Schroeder / NREL]

Az energiatárolás egyre inkább a megújuló energiával kapcsolatos technológiák elengedhetetlen részévé válik, főleg egyes megújuló energiarendszerek, különösen a szél és a napenergia időszakos jellege miatt, amelyek ritkán termelnek energiát, amikor a legnagyobb a kereslet. Így az energiatárolás feladata az intermittálás okozta egyensúlyhiány ellensúlyozása.

Jelenleg a közművek alapterhelésű erőműveket használnak az ellátás fenntartására. Ezek közül sok széntüzelésű és atomerőmű, és terheléskövető vagy „kerékpáros” erőművek támogatják őket, amelyek általában földgáziak vagy hidroelektromosak.

A tárolt energia előnye, hogy gyorsabban elérhető, mint egy turbina, amely beindul, tárolja a felesleges energiát és szükség esetén felszabadítja azt. Eddig az energiatárolás domináns formáját a szivattyúk vezették, olyan tározókon alapulva, ahol a víz olyan generátorokon halad át, amelyek az energiapotenciált villamos energiává alakítják. Ha alacsony a kereslet, a felesleges termelési kapacitást arra használják, hogy a vizet alacsonyabb szintről egy magasabb tározóba szállítsák. Ha növekszik a kereslet, a vizet visszavezetik az alsó tározóba, átmegy egy villamos energiát termelő turbinán. Ez a megközelítés leginkább olyan országokkal társul, mint Norvégia, az Egyesült Államok egyes részei és Wales. Norvégiában a szivattyús tároló pillanatnyi kapacitása 25-30 GW, amely 60 GW-ra bővíthető.

Jelenleg világszerte legalább 140 GW nagyméretű energiatároló van beépítve az elektromos hálózatokba, amelyek túlnyomó többsége (99 százaléka) szivattyúzott vízből (PSH) áll, a fennmaradó rész pedig sűrített akkumulátor keverékéből áll levegő energiatárolás (CAES), lendkerék és hidrogén. A villamosenergia-ágazat dekarbonizálásához becslések szerint 310 GW további hálózathoz csatlakoztatott villamosenergia-tárolóra lenne szükség az Egyesült Államokban, Európában, Kínában és Indiában - írja az Energy Technology Perspectives (ETP) 2014.

Fokozott globális viták folynak azonban egyrészt arról, hogy adott esetben milyen körülmények között szükséges az energiatárolás a megújuló energiák integrációjának támogatásához, másrészt pedig arról, hogy milyen típusú energiatárolási technológiát látunk valószínűleg a kutatás és fejlesztés révén folyamat a kereskedelemhez.

Például az első kérdéssel kapcsolatban Amory Lovins, az USA-ban, a coloradói Rocky Mountain Institute-ban, azzal érvel, hogy valójában nincs szükség energiatárolásra.

Továbbá, annak ellenére, hogy a nap- és szélkritikát az energiaszektor egyes részei kritizálták, a Stanfordi Egyetem tudósainak 2014 márciusában készült tanulmánya megállapította, hogy a szélenergia valóban elegendő többlet villamos energiát képes előállítani akár 72 órányi tárolt energia támogatására.

A szélerőmű a brazíliai Rio Grande do Sul-ban [Kép forrása: Eduardo Fonseca, Flickr]

Ez azt jelenti, hogy a szélipar könnyedén megbirkózhat a szél rendelkezésre állásának háromnapos szüneteltetésével, ezért növekedhet és fenntarthatja magát az energiatárolás segítségével. Ugyanakkor további munkára van szükség a szolár számára, mivel egyes szolár technológiák, például a kristályszilícium olyan gyorsan fejlődnek, hogy nettó energiaelnyelőkké válnak, lényegében több energiát fogyasztanak, mint amennyit visszaadnak a hálózatnak. A Stanford-tanulmány kimutatta, hogy a legtöbb PV-technológia csak 24 órás tárolást tud megengedni magának, de ez még mindig azt jelenti, hogy a napelemes napenergia-rendszerek elég tárolóval telepíthetők az éjszakai áramellátáshoz.

A szél további előnye, hogy a beruházások energiájának megtérülése (EROI) sokkal jobb, mint a napenergiaé, mivel a szélturbina néhány hónapon belül elegendő villamos energiát képes előállítani ahhoz, hogy az építéséhez szükséges összes energiát visszafizesse. Napenergia esetén a megtérülési idő inkább két év.

Még biztatóbb az a tény, hogy ha kiderül, hogy energiatárolásra van szükség, jelenleg mindenféle új technológiát fejlesztenek, amelyek közül sok valóban nagyon ígéretesnek tűnik.

Ezen új technológiák mellett nagyon érdekes innovatív ötleteket mutat be az ágazat számos nagy tapasztalattal rendelkező embere. Vegyük például a névtelen skót tudós blogját, aki egy olyan egyedi tárolási megoldást támogat, amely a nap és a szél energiáját hidrogénnel töltött zsákok víz alatt tárolja.

A Scottish Scientist azzal érvel, hogy a PV panelek platformokra szerelhetők, akár külön-külön, akár a szélerőművek turbináinak közti pontokban pontozva. A PV paneleket a vízszint felett, de azon szint alatt tartanák, amelyen jelenlétük zavarja a szél áramlását. Hidrogéngázt használnának fel a megújuló energia platformok által termelt energia tárolására.

A Scottish Scientist rendkívül érdekes lebegő szél-, nap- és hidrogénenergia-tárolási koncepciója (Kép: Scottish Scientist)

Ez így működne. A szél- és napenergia-felesleget a tenger alatti kábel segítségével juttatnák el a víz alatti nagy teljesítményű elektrolízis ellátására, amelyet aztán sűrített hidrogén előállítására használnak fel. Ezt víz alatti felfújható gáztáskákban tárolják, amelyeket a gáztáskától a platformig vezetnek, ahol gáztüzelésű turbina-generátorokat vagy hidrogén-üzemanyagcellákat táplálnak, igény szerint villamos energiát termelve minden időben.

A légemelő zsákokat már használják a búvárkodás és a mentési munkák során, és akár 50 köbméteres mennyiségben is kaphatók. Ezért a skót tudós szerint lehetővé kell tenni, hogy sokkal nagyobb gáztáskákat készítsenek, vagy több gáztáskát szereljenek össze.

Ez a fajta megközelítés sokkal jobb a mélyebb tengerekben, mivel a víznyomás arányos a mélységgel, ezáltal sűrűbben sűrítheti a hidrogént. Ez lehetővé tenné, hogy több hidrogén és több energia tárolódjon a felfújható gázzsákokban. Eközben az elektrolízis folyamán az oxigén csak buborékolódhat, vagy elraktározódhat, így növelheti a rendszer hatékonyságát, miközben csökkenti a hidrogénnel működő generátorok által termelt nitrogén-oxid égési melléktermékeket is.

A tenger alatti elektrolízishez egyedi elektrolitoldatot kellene használnia ahhoz, hogy oxigént termeljen anódgázként, mivel a tengervíz közvetlen elektrolízise klórgázt eredményez az anódnál. Ez mérgező és nehezen kezelhető. Ezért a koncentrált elektrolitoldatot félig áteresztő membránnal kell elválasztani a tengervizetől, lehetővé téve a tiszta víz ozmózis útján történő átjutását a híg tengervízből.

Tekintettel a tenger alatt a víz alatt kifejtett nyomásra, nem lenne szükség nagynyomású tartályra az elektrolit számára, amint azt a felszínen működő nagynyomású elektrolízis rendszerek megkövetelik. A féligáteresztő membrán elegendő lenne az elektrolit oldat tartásához.

A skót tudós azt javasolja, hogy tengeri napenergiát Afrika nyugati partjainál, a Kanári-szigetek és a Kaper Verde-szigetek között telepítsenek. A rendszer kiépítésének másik lehetséges területe Spanyolország környékén vagy a Földközi-tengeren lehet. Az áramot ezekről a területekről a tenger alatti rendszerösszekötők szállítanák, mint a tengeri szélerőművek esetében.

A hidrogén tárolásához szükséges, mondjuk 4000 méter feletti mélységű mély tengerek többnyire az Atlanti-óceán bizonyos területein találhatók, a Vizcayai-öböltől délnyugatra. Ennek alapján a Scottish Scientist azzal érvel, hogy az ilyen jellegű műveletekre különösen alkalmas terület lehet a Kanári-szigetektől nyugatra és délnyugatra, valamint a Zöld-foki-szigetektől északra. Ez azonban nem biztos, hogy elég hosszú Nyugat-Európa ellátásához, figyelembe véve a hosszabb összekapcsolási kábelek költségeit.

Ez az elképzelés óhatatlanul némi kritikát ért. Például a blog egyik megjegyzése azt sugallja, hogy a légzsákok szivárognak. A skót tudós azonban azzal érvel, hogy a zsákon kívüli nyomás ugyanaz, mint a belső, megakadályozná ezt. Lényegében az egyetlen módja annak, hogy a gázmolekulák, vagy hélium esetén az atomok szivárogjanak át a légzsákon, diffúzióval történne, amelyhez nyomásgradiens szükséges az energiagát legyőzéséhez. Ugyanez a megjegyzés azt állítja, hogy a vízben szintén jelen lévő hidrogén ellennyomása nagyon alacsony lenne, és hogy mivel a hidrogénmolekulák olyan kicsiek, diffundálni fognak a legtöbb anyagon keresztül.

Erre válaszul a skót tudós azt javasolja, hogy hidrogénnel töltött búvár táskákkal végzett kísérletek felhasználhatók legyenek ennek a lehetőségnek a felmérésére és további adatok összegyűjtésére. A blog egy másik megjegyzése megjegyzi, hogy már léteznek olyan szabadalmak az ionosan töltött polimer membránok számára, amelyek kiküszöbölnék a gáz zsákból történő diffúziójával kapcsolatos problémákat. Ezenkívül a hidrogén-tárolással kapcsolatos kihívásokkal foglalkoznak fém szerves vázak (MOF-ek), fémionokból álló vegyületek vagy egy-, két- vagy háromdimenziós szerkezeteket alkotó szerves molekulákhoz koordinált klaszterek, amelyek felhasználhatók gázok tárolására mint például a hidrogén és a szén-dioxid.

A Scottish Scientist folytatja, hogy a táska falán a nyomáskülönbség a „semmitől, a gáztáska aljánál a víznyomás különbségéig változik a táska alján lévő magasabb víznyomás között. az alacsonyabb víznyomásig és a zsák tetejéig, a magasságkülönbségnek megfelelően, 10 méterenként egy légköri különbséggel. Tehát a gáztáska alsó és felső része közötti 5 méteres magasságkülönbség esetén a nyomáskülönbség 0,5 atmoszféra lenne a zsák tetején. "

Más szavakkal, a nyomásgradiens meglehetősen alacsony lenne.

Egy másik lehetséges probléma az a távolság, amelyen keresztül az áramot el kell szállítani. A skót tudós szerint ezt még nagyobb feszültségű távvezetékek fejlesztésével lehetne legyőzni. Ezenkívül a napelem PV integrálása a szélturbinákkal és az energiatárolás távoli helyszínen egy kombinált villamosenergia-termelő rendszer kifejlesztését is lehetővé tenné, amely maga biztosítaná a távvezeték maximális teljesítményét.

Az ehhez hasonló elképzelések körüli viták és viták elkerülhetetlenül sok éven át folytatódnak. Ez a vita azonban különösen szemlélteti az energiatárolással kapcsolatban jelenleg zajló innovatív gondolkodást, és itt csak a hidrogénről esik szó - sok más ígéretes ötletet kutatnak sokféle megközelítés felhasználásával. Mindezt összeadva úgy tűnik, hogy az elkövetkező években nagyon érdekes piac fog fejlődni az energiatárolási technológiák számára, ha még nem.

De nézzük meg ezt egy kicsit részletesebben. Mi folyik már odakint?

Nemrég, január 19-énth ebben az évben az IHS bejelentette, hogy az akkumulátorköltségek csökkenése, a kormányzati finanszírozási programok és a közüzemi pályázatok mellett 45 százalékos növekedést eredményezett a globális energiatároló vezetékben 2015 negyedik negyedévében (4. negyedév) az előző negyedévhez képest. , 2015 negyedik negyedévében elérte az 1,6 GW-ot.

Több nagy projekt 2015 végi bejelentése azt mutatja, hogy a tárolóipar kezd áttérni a kutatási és fejlesztési szakaszról, a demonstrációs projektek bevonásával, a kereskedelmi szempontból életképes projektekre. Ezek között szerepelt a STEAG 90 MW-os megrendelése az elsődleges tartalékpiacon Németországban, valamint 75 MW-os szerződés, amelyet a PG&E számos vállalat számára odaítélt, különféle bevált és feltörekvő technológiákat alkalmazva.

Az IHS arra számít, hogy körülbelül 900 MW globális hálózathoz csatlakoztatott akkumulátor-projekt indul 2016-ban, támogatva a globálisan telepített hálózatra kapcsolt energiatárolók várható megduplázódását. A tervezett telepítések 45 százaléka az Egyesült Államokban, további 20 százaléka pedig Japánban lesz.

Sajnos ez egy valóban hatalmas téma, amely az akkumulátorokon és a szivattyús tárolón kívüli legtöbb technológia tekintetében még mindig gyerekcipőben jár. Ezért egy valóban átfogó áttekintés arról, hogy mi zajlik az energiatárolási ágazatban, még több oldalt foglalna el. Ezért várjon még néhány cikket az energiatárolásról, túl sok idő után, az odakinn zajló kutatások mélyebb szintjét vizsgálva.


Nézd meg a videót: 100% megújuló energia - Baranyák Zoltán, Havas Márton (Február 2023).