Istnieje wiele sposobów magazynowania energii, dotychczas najbardziej wydajnymi magazynami są elektrownie szczytowo-pompowe. Konieczność akumulowania wytworzonej energii elektrycznej stała się większa, gdy nastąpił rozwój energetyki odnawialnej. System taki pozwala na skuteczne przechowywanie nadwyżek w produkcji, które można wykorzystywać podczas wystąpienia niedoborów w zapotrzebowaniu.

Reklama

Odnawialne źródła energii są narażone na niestabilność wytwarzania w związku ze zmiennymi warunkami pogodowymi. Gdyby nie technologie magazynowania, elektrownie te zawsze musiałyby pracować razem z konwencjonalnymi źródłami, bo okresy zapotrzebowania na energię nie zawsze pokrywają się z okresami jej produkcji z OZE. Wcześniej pisaliśmy o możliwości akumulowania energii w postaci wodoru, dziś omówimy wykorzystanie powietrza.

Istnieje możliwość wykorzystywania nadwyżek energii w celu sprężania powietrza i ewentualnego ochładzania, w wyniku czego następuje skroplenie gazów. Oba sposoby stwarzają możliwość ponownego użycia tak przetworzonego powietrza do produkcji energii elektrycznej w okresach podwyższonego zapotrzebowania.

Sprężone powietrze (CAES)

Zaraz po elektrowniach szczytowo-pompowych, sprężone powietrze to najpopularniejszy sposób magazynowania energii elektrycznej. Jest wykorzystywany już od lat 70. Ubiegłego stulecia. Na świecie działają dwa takie magazyny, jeden w Huntorf (Niemcy), a drugi w McIntosh (USA). Ich sprawności wynoszą odpowiednio: 42 i 54 proc. Różnica wynika z zastosowaniu systemu rekuperacji w McIntosh. Oba magazyny znajdują się w podziemnych jaskiniach, a ich napełnienie zajmuje około 8 godzin.

Zasada działania nie jest skomplikowana. Kompresor sprężający powietrze jest zasilany podczas występowania nadwyżek w produkcji energii, jest ono gromadzone w zbiornikach ciśnieniowych nad- lub podziemnych. Podczas zwiększonego zapotrzebowania powietrze jest kierowane na turbiny, które napędza podczas rozprężania się. Magazyny takie mogą być lokalizowane w kawernach solnych, naturalnych i sztucznych jaskiniach lub w wyeksploatowanych kopalniach oraz w naziemnych pojemnikach. Problemem w tym rozwiązaniu są zmiany temperatury. Podczas kompresji powietrze się ogrzewa, a podczas dekompresji ochładza.

Obecnie prowadzone są badania nad poprawą sprawności tych systemów. Jest to możliwe, kiedy ciepło wytwarzane podczas kompresji powietrza będzie ponownie wykorzystane do jego ogrzewania w czasie rozprężania. Technologia ta to AA-CAES, czyli zaawansowane adiabatyczne magazynowanie energii sprężonego powietrza. Stwarza to możliwość wyeliminowania konieczności dostarczania dodatkowego paliwa do jednostek magazynujących.

Skroplone powietrze

Innym sposobem magazynowania nadwyżek energii elektrycznej jest technologia Liquid Air Energy Storage (LAES). Jest to jedna z najbardziej wydajnych metod. Podczas tego procesu powietrze najpierw zostaje sprężone, a następnie schładzane, dzięki czemu jego objętość spada tysiąc razy, a przechowywanie staje się znacznie prostsze niż w przypadku sprężonego powietrza.  Obniżanie temperatury następuje do momentu, kiedy z pierwotnej postaci gazowej przechodzi do ciekłego stanu skupienia. To właśnie skroplone powietrze jest później magazynowane.

Kiedy obserwowane jest zwiększenie zapotrzebowania na energię, pompy podnoszą ciśnienie ciekłego powietrza, w wyniku czego następuje parowanie. Powietrze w postaci gazowej jest ogrzewane i używane do napędu wysokosprawnych turbin, które generują prąd. Jest to metoda wielkoskalowa. Rozwiązanie to nie wymaga uzyskiwania pozwoleń geologicznych i gwarantuje relatywnie krótkie okresy przygotowań i samej budowy. Wydajność magazynowania wynosi ponad 70 proc. i możliwe jest jej zwiększenie dzięki użyciu przemysłowego ciepła i zimna odpadowego. Istnieje również możliwość stosowania takich instalacji jako rezerwowych elektrowni gazowych bez magazynowania energii. Sprawność wynosi wtedy ponad 40 proc.

Magazynowanie sprężonego powietrza może odegrać ważną rolę w systemach elektroenergetycznych opartych o odnawialne źródła energii. Jest to jednak jeszcze rozwiązanie na progu opłacalności. Prace nad tą technologią mogą znacznie poprawić jej sprawność, przez co może okazać się pomocna dla gospodarek przechodzących na zasilanie z odnawialnych źródeł.