Hatékony és megfizethető tárolás hiányában a megújuló energiaforrásokból a hálózatba szállítható villamos energia mennyisége – bár most már széles körben megfizethető – erősen korlátozott, hiszen a megtermelt energia mennyisége ritkán van szinkronban a pillanatnyi kereslettel. Egy svájci startup, az Energy Vault betontornyokkal akarja forradalmasítani az energiatárolást.

Rozsnyai Gábor

Rozsnyai Gábor

Mindenki szeretné a megújuló energiaforrásokat használni, de a tárolás, szállítás egyelőre megoldatlan, vagy csak nehezen kivitelezhető. Hiába termelnek Németország tengerpartján a szélerőművek évről évre növekvő mennyiségű villamos energiát, ha annak eljuttatása a bajorországi és baden-württembergi nagy ipari központokba egyelőre nem vagy csak részben megoldott: a nagyfeszültségű távvezetékeket a lakosság túlnyomó része elutasítja, a földkábelek lefektetése pedig aránytalanul nagy erőforrásokat igényel, hiszen szó szerint hegyen-völgyön át kell vezetni a kábeleket. A Kiel és Stuttgart közötti távolság 750 km, és ennek megtételekor még nem vagyunk kint a nyílt tengeren.

Kulcskérdés: tárolás

A megújuló energia ma már kifejezetten kedvező árú, de a termelés kiszámíthatatlan, és olyan időjárási tényezőktől függ, mint a nap és a szél. Vagyis tárolni kell(ene). A világ energiatárolási kapacitásának mintegy 96%-a egyetlen technoló­giában testesül meg: ez pedig a szivattyúzott víz. A völgyidőszakban megtermelt „felesleges” energiával a szivattyús energiatárolók felső víztározóit töltik fel. Amikor a kereslet megnő, a tározót megnyitják, a gravitációnak köszönhetően le­zúduló víz a turbinákat megpörgetve villamos energiát termel. De a szivattyús erőművek létrehozása erősen függ a geográfiai adottságoktól, nagyon költségigényes, és környezetvédelmi szempontok alapján sem feltétlenül ez az ideális megoldás. Nem véletlen, hogy a világ mindösszesen tíz országa használja a szivattyús erőművek 75%-át. 

Tehát hiába versenyképes a megújuló energia előállítása, ha a szállítása és a tárolása – így a felhasználása is – erősen korlátozott. Ráadásul, ha ez így van, akkor nem tudjuk kiváltani a CO2-kibocsátással együtt járó hagyományos energiatermelést. De mindez csak mostanáig volt érvényes – állítja a svájci Energy Vault startup. Ők egy olyan megoldást dolgoztak ki, amely a fizika alaptörvényeire, a gravitációra és a mozgási energia átalakíthatóságára támaszkodik: az energiatároló betontorony ugyanazt a jelenséget használja ki, mint a szivattyús-víztározós erőművek, de ebben az esetben a vizet alacsony költséggel előállított anyagok szinte már primitíven egyszerű, ugyanakkor rendkívül innovatív felhasználásával, nevezetesen betontömbök fel- és leemelésével helyettesítik – versenyképes áron.

A működés elve

Robert Piconi, az Energy Vault vezérigazgatója és társalapítója szerint az ő megoldásuk lehet a kulcs ahhoz, hogy az emberiség végleg felhagyjon a fosszilis energiatermeléssel. A konstrukció egyszerű és biztonságos. Amikor egy naperőműtelep extraenergiát termel, az óriás daruk ezt az akkor éppen felesleges energiát használják fel a téglák felemelésére és egymásra rakására. Amikor felemelünk valamit a gravitáció ellenében, energiát tárolunk benne. Ha később leengedjük, visszanyerhetjük ezt az ener­giát. Mivel a beton sokkal sűrűbb, mint a víz, a betonblokk felemelésével lényegesen több energiát tárolhatunk, mint egy hasonló méretű víztartállyal. Amikor az energiára szükség van, a szoftver utasítja a rendszert, hogy engedjék le a blokkokat, a mozgási energiát a generátorok és inverterek alakítják át villamos energiává. A rendszer ideális a hosszabb ideig tartó energiatárolásra, de nagyon gyors reagálási idővel működik, mindösszesen egy milliszekundumon belül válaszolhat az igények változására.

A betontornyot és a futurisztikus látványt nyújtó darut szabadalmaztatott tervek és szoftverek irányítják, az Energy Vault svájci mérnökei szerint úgy, hogy megmarad a szivattyús erőművek minden előnye, de azok topográfiai kötöttsége nélkül, ráadásul sokkal kisebb költséggel és méretben. A fejlesztők szerint az 1 kWh-ra jutó költség 50%-kal alacsonyabb, mint a versenytárs megoldások esetében, és mivel 100%-osan automatizált működésről van szó, a működési költségek minimálisak. A betontorony tervezett élettartama 30+ év, 85%-os hatékonyság és gyors töltési (illetve leadási) periódus mellett. Modulárisan építkezve egy torony kapacitása 10–35 MWh, teljesítménye 5 MW. Az alaprendszer akkor számít teljesen feltöltöttnek, amikor a daruk teljesen körbeépítették magukat betontömbökkel. 20 megawattóra (MWh) elegendő ahhoz, hogy 2000 svájci háztartást 24 órán keresztül ellásson energiával.

Energiatárolás dióhéjban

A szakértők nagyjából három csoportba sorolják a nem geográfiafüggő energiatárolási lehetőségeket, figyelembe véve az energiamegtakarítás mennyiségét és az energia tárolásának költségeit.

Az első csoportba az olyan drága technológiák tartoznak, mint amilyenek például a lítiumion-akkumulátorok. Ezek néhány órán át képesek az energia tárolására – néhány tíz vagy pár száz MWh tartományban. Ezeket a nap folyamán lehet feltölteni, például napelemeket alkalmazva, majd este felhasználva a tárolt energiát. Vagyis ezzel jól lehet autózni, de a nehezen tervezhető szél- és naperőművi kapacitást nem lehet ilyen módon tárolni. A második kategóriába azok az akkumulátorok tartoznak, amelyek nagy energiafelvételre képes folyadékokat használnak – ezek kapacitása több száz vagy néhány ezer MWh tartományban mozog. Ezekkel már több hétig is átvészelhetünk egy olyan időszakot, amikor a primer források kapacitása csökken. A harmadik kategória még csak elméletben létezik. Ezek az extra olcsó technológiákkal működő eszközök akár több hónapig is tárolhatnák az energiát több ezres MWh kapacitással. A svájci startup szerint az ő eszközük pontosan erre képes. Szerintük az energiatárolás ősétől, a szivattyús erőműtől eljutottunk arra a szintre, hogy a megújuló energiák Bábel tornyához hasonlító, különleges építménnyel kiegészülve versenyképes alternatívái lehetnek – nem csupán napi néhány órában – a hagyományos erőműveknek.

35 tonnás blokkok

Az Energy Vault innovációjának lényege nem a hardver, sokkal inkább a szoftver. A toronyba tervezetthez hasonló daruk és a motorok évtizedek óta működnek, és az olyan cégek, mint az ABB és a Siemens már relatíve régen optimalizálták őket a maximális hatékonyság érdekében. Ezért a cég a kereskedelmi forgalomban lévő hardvereket használja a berendezés összeállításához. Így aztán az a meglepő helyzet állt elő, hogy sokáig a betontömbök tűntek az energiatároló torony legdrágább részének. Bár a beton sokkal olcsóbb, mint mondjuk egy lítiumion-akkumulátor, az Energy Vaultnak relatíve sok cementre lenne szüksége, hogy több száz 35 tonnás blokkot építsen. Végül úgy értek el költségmegtakarítást, hogy az építési betonhoz szükséges cementmennyiségnek mindössze a hatodát kell csak felhasználniuk: Andrea Pedretti technológiai igazgató kifejlesztett egy olyan technoló­giát, amely azokat az anyagokat is hasznosítja, amelyekért a városok gyakran fizetnek, hogy megszabaduljanak tőle, például kavicsot vagy építési hulladékot. Sőt, a téglák olyan anyagokból is készülhetnek, mint a betonszerkezetek építésének mellékterméke, amely egyébként hulladéklerakóba vagy talajba kerülne. Sok helyen zárnak be szénbányákat, hogy a helyükön megújuló szélfarmot állítsanak elő. Ezeken a helyeken adja magát az opció, hogy az egyébként eltakarítandó szénhamuból állítsák elő a 35 tonnás blokkokat. Pedretti alkotta meg azt a rendszert is, amely automatizálja a betonblokkok mozgatását, valamint kiegyensúlyozza a blokkok emelése és leengedése során keletkező ingamozgást. A nagy betontéglákat úgy rendezi az Energia Vault szabadalmaztatott algoritmusa, hogy az energiaigény volatilitása mellett a darukarok tehetetlenségét és az időjárást is figyelembe veszi. A blokkok mozgatásával a rendszer minden betáplált energiaegység 85%-át visszanyeri, ami nagyságrendileg hasonló a 90%-ot elérő lítiumion-akkumulátorokhoz. De a betontornyok még abban az esetben is versenyképesek maradnak, ha a lítiumion-akkumulátorok a jelenleginél olcsóbbá válnának. Robert Piconi ügyvezető szerint az ezek előállításához szükséges nyersanyagok bányászata, illetve maga az akkumulátorgyártás is kifejezetten környezetszennyező és nagy befektetést igényel. Az sem elhanyagolható tényező, hogy a hagyományos akkumulátorok kapacitásfelvevő képessége már az első használattól kezdve folyamatosan csökken; élettartamuk ideális esetben 20 év. Könnyű belátni, hogy a betonkockákat sem a kapacitáscsökkenés, sem a használatból fakadó más veszély nem fenyegeti, karbantartási igényük minimális. A tervezett élettartam 30-40 év, korlátlan töltési ciklus mellett.

A könnyen telepíthető, 100 méter átmérőjű alaplemezre telepített, 120 méter magas, hatkarú, önszerelő daru segítségével a torony könnyen felépíthető, értelemsze­rűen ott, ahol a szélkerekek vagy a napelem­telepek működnek. Így a megújuló ener­giát előállító cégek is képesek 24 órás, megbízható szolgáltatást nyújtani akár ipari megrendelőik számára is. Az ígéretek szerint a daruk hónapokon belül szállíthatók és heteken belül gyakorlatilag a Föld bármely pontján felépíthetők. A cég honlapja szerint valószínűleg az indiai Tata konszern lesz az első megrendelő.