Cseppfolyós légvárak

Avagy hogyan tároljuk a kinyert zöldenergiát.

Cseppfolyós légvárak

1. oldal

A megújuló energiaforrások hatékonyabb kiaknázásának egyik legnagyobb akadálya, hogy mindeddig nem sikerült igazán jó megoldást találni az begyűjtött energia tárolására. Többek közt ez az egyik oka annak, hogy világ energiatermelésének még mindig csak töredéke származik ilyen forrásból. A szél, a nap vagy a hullámok által szolgáltatott energia se nem folyamatos, se nem egyenletes, így sok vele a tennivaló, mielőtt egy ilyen rendszer ráköthető az áramhálózatra. A legújabb potenciális megoldás egy a szó szoros értelmében légből kapott ötlet lehet.

Az egy perc alatt bolygónk felszínét elérő napenergiából egy évig fedezhetnénk az emberiség energiaszükségleteit. A szél szintén akár egymagában is megoldást jelenthetne ezen igényekre. A gondot az okozza, hogy egyrészt közel sem vagyunk képesek maximális hatásfokkal villamos energiává alakítani ezeket a forrásokat, másrészt az aktuális energiatermelés és az éppen fennálló igények sosem fedik egészen egymást, így szükség van ezen energiák tárolására, ami viszont a jelenlegi megoldásokkal alaposan megdrágítja a technológiát.

Logikus megoldásnak tűnhet, hogy ha egyszer túl sok, máskor meg túl kevés energiát nyerünk ki egy adott forrásból, akkor az extrát érdemes elraktározni. A hagyományos energiaiparban ez így is van, különösen az atomerőművek esetében, hiszen ezeket egyszerűen túl drága lenne leállítani, amikor éppen alacsonyabb a fogyasztás. Az energiatárolásra az egyik megoldást az úgynevezett szivattyús-tározós erőművek jelentik: az ilyen rendszerek két különböző magasságban megépített víztározóból állnak. Amikor túl sok energia termelődik, a vizet a felső tározóba szivattyúzzák a segítségével. Ha energiahiány van, a felső tározóból az alsóba engedik a vizet, amely vízturbinákat hajt meg és áramot termel közben, amely aztán továbbítódik a hálózat felé. Jelenleg a világ energiatároló kapacitásának 99 százaléka vízerőművek formájában létezik. Az ilyen rendszerek hatásfoka ma már szinte kivétel nélkül 80 százalék fölötti, így nyilvánvalóan az lenne az optimális, ha minden létező szél- és naptelep rendelkezne a saját szivattyús-tározós erőművével, hiszen így folyamatos és megbízható energiaforrássá válhatna.

Egy ilyen ambiciózus terven dolgozik jelenleg például Írország. A Spirit of Ireland nevű komplex zölderőmű rendszer részeként az ország nyugati partvidékét szélturbinákkal telepítenék be, és az ezek által megtermelt extra energiát egy olyan szivattyús-tározós erőmű tárolná, amelynek alsó tározóját maga az óceán alkotná.

Nem minden ország rendelkezik azonban a hasonló tározók megépítéséhez szükséges földrajzi adottságokkal, így nagy igény mutatkozik a másfajta energiatárolási megoldásokra is. Ezen a területen azonban a kiterjedt kutatások és fejlesztési próbálkozások ellenére nem sok előrehaladás történt az elmúlt időszakban. Elsőre azt hihetnénk, hogy egy ilyen probléma akkumulátorokkal könnyen megoldható, ezeket azonban nagyobb méretekben már közel sem olyan egyszerű megépíteni, mint a hétköznapi eszközeinkben találhatókat. A Virginiában található Laurel-hegyen épült szélerőműben például konténer méretű lítiumion-akkumulátorokat használnak az alacsonyabb fogyasztási igényű időszakokban termelt plusz energia tárolására, és így 32 megawattot képesek pluszban az áramhálózatba juttatni a forgalmas órákban. A rendszer jól működik, azonban ez a fajta tárolás rettentően drága. Az akkumulátorok használata a bennük lévő ritkaföldfémek és más faktorok miatt az erőmű teljes élettartama alatt összességében legalább tízszer annyiba fog kerülni, mintha vízerőművet használnának.

Egy másik megoldás a víz helyett a levegő használata lehet. Az E.ON huntorfi földgáztelepén az azonnal fel nem használt energiát arra használják, hogy nagy nyomással 500 méteres mélységben található sókamrákba sűrítik a levegőt. Ha szükség van az energiára, megnyitják az üregeket, a kiszabaduló levegő pedig turbinákat hajt meg. A módszer hatásfoka sajnos ritkán lépi túl az 50 százalékot, mivel a levegő a sűrítés során felmelegszik, ami miatt rögtön elveszik a tárolandó energia egy része, majd a maradékhoz való hozzáféréshez a kiáramló sűrített levegőt először elő kell melegíteni, hogy kitáguljon és meghajtsa a turbinákat. A hatásfokon kívül a másik probléma ugyanaz, mint a vízerőművek esetében, a módszer viszonylagosan olcsó alkalmazásához megfelelő természetes tárolóüregekre van szükség, amelyekkel nem feltétlenül rendelkezik minden terület. 

2. oldal

Egyre többen úgy gondolják azonban, hogy mégis a levegő lehet a megoldás kulcsa, csak éppen nem sűrített, hanem cseppfolyós formában. Két éve egy kosárlabdapályánál alig nagyobb területű kísérleti erőmű üzemel az angliai Slough városában. A rendszer a szomszédos biomassza-erőmű energiafeleslegét tárolja, mégpedig a létező és jól működő technológiák érdekes kombinálása révén. A befolyó áram egy óriási fagyasztót működtet, amely -196 °C-ra hűtve a levegőt cseppfolyósítja azt. Ilyen formában 700 liter levegő egy liternyi mennyiséggé nyomható össze minden különösebb probléma nélkül, ezt pedig a továbbiakban egy tartályban tárolják. Ha szükség van az elraktározott energiára, a folyadék egy részét szobahőmérsékletre melegítik, az ennek eredményeként jelentkező gyors tágulás pedig elegendő ahhoz, hogy meghajtsa a turbinákat. Mivel a nitrogén forráspontja -195,8 °C, nagyon kevés energia veszik el az átalakulás közben.

A kísérleti erőmű működtetője, a londoni Highview képviselőjének elmondása szerint egy ötven tonnás tartályban elegendő cseppfolyós levegő tárolható 15 ezer lakás egy órán keresztül történő energiaellátásához. A megoldás előnye, hogy földrajzi adottságoktól függetlenül bárhol használható, és bár a költségekről egyelőre nem sokat tudni, a becslések szerint még a vízerőműveknél is jóval olcsóbb tárolást tesz lehetővé. A felhasznált berendezéseket évek óta használják más célokra az iparban, így ezek előállítása sem probléma.

Az egyetlen gondot a hatásfok jelenti, amely jelenleg mindössze 25 százalékos, vagyis a cseppfolyósítás és újramelegítés során a tárolandó energia 75 százaléka elveszik. A szakértők azonban bizakodnak, úgy vélik, hogy a teszterőmű felnagyítása, és némi optimalizálás révén ötven százalék fölé emelkedhetne a visszanyert energia mennyisége, mivel a nagyobb turbinák jóval hatékonyabban működnek majd, mint a most használatos apróbbak. A Highview mérnökeinek ezen kívül még egyéb ötleteik is vannak a hatásfok növelésére.

Az egyik ilyen megoldás a már felhasznált levegő visszaforgatása a rendszerbe a még cseppfolyós állapotú anyag felmelegítésére. A szakértők szerint ezzel az egyszerű manőverrel 55-60 százalékra ugorhat a hatásfok. Némileg komplikáltabb a következő fejlesztési javaslat, amely a termodinamika törvényszerűségeit aknázná ki. Minél nagyobb hőmérsékleti különbség van ugyanis a cseppfolyós levegő és az annak felmelegítésére szolgáló gáz közt, annál nagyobb energia szabadul fel a robbanásszerű átalakulás során, és annál több áram termelődik a turbinákon. Ezért a Highview mérnökei most azzal próbálkoznak, hogy a biomassza-üzem 100 °C körüli, másra nem nagyon használható hulladékhőjét a turbinák légterébe vezetik. Elviekben ezzel 70 százalékra emelkedhet a rendszer hatásfoka.

Hulladékhőből pedig nincs hiány. A felmérések szerint az országban található ipartelepek, adatközpontok és erőművek hulladékhője elegendő lenne az Egyesült Királyság összes épületének fűtésére, így a cseppfolyós levegővel operáló erőműveknek bőven akadna utánpótlásuk.

Az újfajta elképzelés tehát jó útnak tűnik, az azonban, hogy végül látunk-e bármiféle pozitív végkifejletet nagyon sok tényezőtől függ. A megújuló energiaforrások hatékonyabb kiaknázása ugyanis sajnálatos módon nem pusztán azon múlik, hogy milyen új technikai megoldásokkal állnak elő a szakértők, hanem elsődlegesen energiapolitikai kérdés. A földgáz árának pillanatnyi csökkenése például nem egy fejlesztési projektet megakasztott. Ahhoz, hogy érdemes legyen a megújuló energiákból kinyert áram tárolásán gondolkodni az kell, hogy valóban épüljenek nap- és szélerőművek, és legyen mit tárolni. Ahogy telik az idő, egyre többen látják persze, hogy a fosszilis energiaforrások mennyisége véges, és időben el kell kezdeni az alternatívákon gondolkodni.

Egy nemrég megjelent, bár a realitásoktól kissé távol álló jelentés szerint megfelelő befektetések révén 2030-ra az Egyesült Államok energiaigényének 99,9 százaléka fedezhető lehet zöldenergiákból. Persze a tervek és valóság távol állnak egymástól, de azért akadnak bíztató jelek. Kalifornia áramtermelésének már több mint 20 százaléka megújuló forrásokból származik, és 2020-ra alkalmas tárolótelepek megépítése révén szeretnék elérni a 33 százalékot. Az Egyesült Államok kormánya a következő évtized folyamán 100 milliárd dollárt szándékozik befektetni az energiatárolás iparágába, így óriási tétekről beszélünk. Jelenleg úgy tűnik, hogy aki megtalálja a legjobb megoldást az energia nagy mennyiségben való tárolására, korunk legjelentősebb problémáját oldja meg. 

Tesztek

{{ i }}
arrow_backward arrow_forward
{{ content.commentCount }}

{{ content.title }}

{{ content.lead }}
{{ content.rate }} %
{{ content.title }}
{{ totalTranslation }}
{{ orderNumber }}
{{ showMoreLabelTranslation }}
A komment írásához előbb jelentkezz be!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Segíts másoknak, mond el mit gondolsz a cikkről.
{{ showMoreCountLabel }}

Kapcsolódó cikkek

Magazin címlap arrow_forward