A szél- és vízenergiából származó villamos energia tárolása jelenleg nagy kihívást jelent. A természeti erők viszont nem mindig állnak teljes mértékben a rendelkezésünkre, amikor villamos energiára van szükségünk. Egy start-up cég most meg akarja oldani a problémát.

Az izraeli BaroMar start-up most egy tengeriszivattyús energiatároló erőmű építését tervezi Ciprus partjainál. Amit néhány évvel ezelőtt a Fraunhofer Energiagazdasági és Energiarendszer-technológiai Intézet gondolt ki, és kis léptékben kipróbált, most valósággá válik. A fiatal vállalat az ötletet gyakorlati megoldássá fejlesztette, és egy szivattyús tárolórendszert épített a tengeri elektromos energia sűrített levegő formájában történő tárolására. Ez a megközelítés közvetlenül a tengert használja fel tárolóként. A tengerfenékre helyezett üreges test nyomás alatt álló tartályként szolgál. Az üreges test felső részébe egy nyílás van beágyazva, amely egy nyomóvezetéken keresztül a szárazföldön lévő reverzibilis turbogenerátor egységhez van csatlakoztatva. A nyomás alatt álló tartály alsó peremén tengervízszelepek vannak elhelyezve. Amikor ezek nyitva vannak, az egész tartályt elárasztja a tengervíz. Ha a megújuló energiából több villamos energia keletkezik, mint amennyit az adott pillanatban hasznosítani lehet, a tengerfenéken lévő nyomástartó edényt a turbógenerátor segítségével levegő szivattyúzásával kiürítik. A szükséges nyomás a tartály mélységétől és a fölötte lévő vízoszloptól függ. A nagyobb nyomás arra is alkalmas, hogy a levegőt jobban összenyomja, és így hatékonyabban használja ki az adott tartály térfogatát. A tárolókapacitás lineárisan nő a vízmélység növekedésével, miközben a térfogat változatlan marad.

Hogyan szabadul fel a villamos energia?

Amint a villamosenergiát be kell táplálni a hálózatba, azt a turbógenerátor funkciójának megfordításával lehet felszabadítani. A tengeri tartályból a nyomóvezetéken keresztül érkező sűrített levegő meghajtja a turbinát, illetve az azzal összekapcsolt generátort. Ez azt jelenti, hogy a tárolt villamos energia nem csak bármikor rendelkezésre áll, hanem ráadásul nagyon gyorsan hozzáférhető. A fejlesztők szerint a turbógenerátor rendkívül rövid felfutási idővel rendelkezik, ezért gond nélkül használható a csúcsterhelések tompítására (cél < 30 perc teljes terhelésnél).

Az innovatív villamosenergia-tároló rendszer ötlete már évekkel ezelőtt megszületett

Ezt az elvet több mint nyolc évvel ezelőtt fejlesztette ki és tesztelte a Fraunhofer IEE (Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesysteme) Kasselben. A Stored Energy in the Sea (StEnSEA) elnevezésű projekt keretében a tengeri szivattyús energiatárolás koncepciójának kutatása és fejlesztése 2016-ban kellett volna, hogy megtörténjen a gyakorlati alkalmassága szempontjából. A koncepciót először számítógépen szimulálták a Fraunhofer IEE-nél. Ehhez a kutatók olyan matematikai modelleket dolgoztak ki, amelyek számítógépes szimulációkban ábrázolják a tároló működését több száz méteres vízmélységben. Az ezt követő, a Bodeni-tóban végzett tesztelés célja a valós működés megvalósíthatóságának ellenőrzése volt egy 1:10 méretarányú modellen.

A 2011-es ötlet Horst Schmidt-Böcking és Gerhard Luther fizikusoktól származik. Ezt követően az akkori Hochtief Solutions AG a kasseli Fraunhofer IEE-vel (korábbi nevén Fraunhofer IWES) közösen előzetes tanulmányt készített a koncepció alapvető megvalósíthatóságának vizsgálatára a tenger nagy vízmélységeiben. A tanulmány azt vizsgálta, hogy egy ilyen koncepció technikailag megvalósítható-e, és hogy milyen konstrukciók lennének alkalmasak. Az előzetes tanulmány eredménye, hogy a tárolható térfogat és a felület aránya, valamint az egyenletesebb mechanikai terhelés miatt a gömb alakú sapka vagy hasonló formák a legmegfelelőbbek.

Villamosenergia-tárolás: kevésbé invazív, viszonylag olcsó és megbízható

A BaroMar most megvalósítja a tudósok koncepcióját Cipruson. A vállalat szerint az energiatároló egységek gond nélkül telepíthetők, mivel nem zavarják a hajóforgalmat, és akár 700 méteres vízmélységben is lehorgonyozhatók. A partmenti régiókban minimális zavarás tapasztalható, mivel a turbógenerátor csak egy kis épületet igényel, és nem bocsát ki zajt a külvilág felé. Cipruson több olyan tartályt terveznek, amelyek mindegyike négy megawattóra energiát képes tárolni. Az egy MWh-ra jutó költséget 100 dollárra taksálják, ami költséghatékonyabbá teszi őket más hosszú távú villamosenergia-tárolási megoldáshoz (LDES) képest. A BaroMar a többi LDES-re 131 $/MWh összehasonlítási értéket ad meg.

A BaroMar előirányzata szerint 20 év teljes élettartam mellett évi 350 üzemnappal kalkulál. A gyártó az alacsony üzemeltetési költségeket egyrészről a viszonylag egyszerű tartálykialakítással magyarázza, mivel a víznyomás maga stabilizálja a tartályt. Másrészről a nagyon alacsony karbantartási költségekkel, mivel szinte minden gép a szárazföldön található, és gyakorlatilag csak szeleptechnológiát használnak a víz alatt. A tartályokhoz használt beton- és acélelemeket úgy tervezték meg, hogy a lehető legkisebbre csökkentsék a víz alatti növény- és állatvilágra gyakorolt hatást.

A vállalat rámutat, hogy a szükséges technológiai elemeket már teljesen kidolgozták, és nem igényelnek átfogó új fejlesztéseket, ellentétben más új, hosszú távú tárolási technológiákkal. Ez azt jelenti, hogy az üzembiztonság és a megbízhatóság már a kísérleti üzemben garantált.

Kép: BaroMar

Forrás: https://www.ingenieur.de/technik/fachbereiche/energie/stromspeicher-in-den-tiefen-der-meere/