Energia és mobilitás zöld szemszögből

Hőszivattyúk hálózati szinten

2020. március 11. • írta: ZöldEnergia

A megújuló energiaforrásokon alapuló áramtermelés emelkedő szintje miatt egyre égetőbb probléma a csúcsfogyasztási periódusokon kívüli termelés "tárolásának" megoldása. A hőszivattyús energia tárolás komoly eséllyel pályázik ennek a problémának univerzális megoldására, írja az Energy Post. Jelenleg a nagyüzemi áramtárolás több mint 99%-a víztározók segítségével történik, ahol az felesleges áram termelés idején egy magasabban elhelyezkedő víztározóba szivattyúzzák a vizet, amelyet aztán a fogyasztás növekedése idején a vízerőművekhez hasonlóan lehet áramtermelésre felhasználni. De a földrajzi adottságok nagymértékben behatárolják, hogy hol lehet egy ilyen megoldást ténylegesen kihasználni. A maradék 1% főként akkumulátorokkal oldott meg, de itt a fajlagos ár és a viszonylag rövid élettartam szab határt a további jelentős terjeszkedésnek.

A Cambridge-i Egyetem kutatói egy új megoldást elemeztek ki részletesen: a hőszivattyúk nagyüzemi, hálózatba kapcsolt alkalmazásának lehetőségét (angolul Pumped Thermal Electricity Storage). Jelenleg ez a technológia még fejlesztés alatt áll, de a teljes folyamat részét képező lépések, a hőcserélők, kompresszorok, turbinák és áramfejlesztő rendszerek már mind bizonyítottak nagyipari alkalmazásokban.

Az áram tárolásának kérdése szorosan összefügg az alacsony szén-dioxid kibocsátással járó áramtermelés — a nap és szélenergia kiaknázása — egyik alapproblémájával: ezek az erőforrások nem állnak tetszőlegesen és állandóan rendelkezésre. [Az atomenergia ilyen szempontból ideális megoldás lehetne, ha nem nézne szembe ilyen erős társadalmi ellenérzettel, a szerk.]

Ahhoz, hogy ezeket a megújuló energiaforrásokat az emberi fogyasztásra is "alkalmassá" tegyük, az időszakos és nem az emberi fogyasztási ciklusok szerint termelt energiát tárolni kell. Mégpedig rendszer szinten, hiszen óriási kapacitásokról van szó akár egy ország esetében is. Emellett az is fontos szempont, hogy a tárolási rendszer képes legyen szorosan követni a fogyasztási igényeket.

A jelenlegi akkumulátor-alapú technológiák az utóbbira képesek, de a fajlagos áruk miatt a jelenlegi árszintek mellett lehetetlen a megkívánt tárolási kapacitást elérni gazdaságosan. A szivattyúzott vízenergia képes óriási mennyiségű energia tárolására, de csak bizonyos helyeken, ahol a földrajzi adottságok ezt lehetővé teszik.

A hőszivattyús energiatárolás nagy előnye, hogy szinten bárhol telepíthető és viszonylag nagy energiasűrűséggel működik: egy kg víz 100 °C-on több energia leadására képes, mint ugyanaz a kilogramm víz 500 méter magasról leengedve egy vízerőműben. A hőszivattyús rendszer elemeinek élettartama több évtizedben mérhető az akkumulátorokkal ellentétben. A hőt többfajta, viszonylag olcsó anyagban lehet tárolni — a víz mellett akár sóder, homok vagy sóolvadék is számításba jöhet hőtárolóként. Az egyik nagy előnye ezeknek a tároló anyagoknak, hogy például az akkumulátorokkal ellentétben ezek nem vagy csak nagyon minimális környezetszennyezési tényezőként jönnek számításba.

A hőszivattyús energiatárolás során az elektromos áramot hővé alakítják az áramfelesleg idején, nagyméretű hőszivattyúk segítségével. Ezt a hőt aztán a kiválasztott hőtárolási közegben tárolják, például egy víz vagy sóderrel töltött és szigetelt tartályban. Amikor szükség van az áramra, az kinyerhető a hőtároló rendszerből egy megfelelő rendszer segítségével.

Az sóolvadékos energiatárolást már jó ideje használják a koncentrált naperőművekben, ahol tükrök segítségével egyetlen pontra irányítják a napsugarakat, hogy aztán az így termelt hőt árammá lehessen alakítani. Technológiai szempontból egy koncentrált naperőmű és egy hőszivattyús áramtároló működése között csak minimális különbség van. Míg a naperőmű esetében a napsugárzást használják fel a sóolvadék felmelegítéséhez, addig a hőszivattyús energiatárolás esetében a bejövő, fogyasztók által fel nem használt elektromos áram teszi ugyanezt. A kettő közötti nagy különbség csak az, hogy míg a koncentrált naperőmű csak napenergiát tud felhasználni, addig a hőszivattyús tároló szél vagy akár ár-apály energiát is.

A rendszer talán egyetlen hátránya a viszonylag alacsony energia hatékonysága: a teljes oda-vissza energia tárolás és kinyerés hatékonysága kb. 50–70% között található, ami a lítium-ion alapuló akkumulátorok 80–90%-os vagy a szivattyúzott vízenergia 70–85%-os hatékonyságánál kevesebb. A kérdés az, hogy a költségek, beleértve a megújuló energián alapuló áram fajlagos költségének, csökkenésével ez mennyire tudja majd a kinyert energia fajlagos árát a piac szempontjából is gazdaságossá tenni. [Az biztos, hogy a hidrogén-alapú tárolásnál a hőszivattyús megoldás hatékonyabb, de a hőt nem lehet közvetlenül például a közlekedésben felhasználni, a szerk.]

9 komment

A bejegyzés trackback címe:

https://zoldenergia.blog.hu/api/trackback/id/tr9015511086

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

Rive 2020.03.11. 08:43:25

Könyörgöm. A termelői árak esése miatt már a faék egyszerűséget nagy tárolókapacitással párosító szivattyús tározók sem nagyon képesek nyereségesen épülni ( ez nem a fizikai elhelyezés, hanem a nyereséges üzem problémája!), de majd egy ilyen agyonbonyolított, kis tárolókapacitású izé az maga lesz a megváltás...

Haggyatok má' lógva...

Csak még egy elszált marhaság tovább növelni a teremlői és fogyasztói árak közötti egyre táguló ollót.

Akkor már inkább egy kőp*cs: heindl-energy.com/
Ennek sincs realitása, de legalább olyan férfias vagy mi

lowend 2020.03.11. 12:20:24

@Rive:
Valamivel márpedig ki kell egyenlíteni a hálózatot....

- vagy a termelői oldalon, de itt a megújulók rohamos terjedésével és a fosszilis termelők kivezetésével eléggé szűkülnek a lehetőségek.

- vagy a fogyasztói oldalon, de itt még hatalmas fejlődés előtt áll az iparág

Addig maradnak a köztes, átmeneti megoldások, legyen az "kőp*cs" vagy "agyonbonyolított, kis tárolókapacitású izé", vagy a már klasszikusnak számító akkumulátor-alapú technológiák.

Phoenicurus 2020.03.12. 09:52:41

A hőszivattyú alacsony hőmérsékletű hőforrást (pl. környezeti- vagy hulladékhőt) használ, azt lehűtve, annak (hő)energiáját magasabb hőmérsékletre növelve - külső (többnyire villamos) energia felhasználásával. Hogy jön ide a villamos energia tárolás??
A tárolt, és hőszivattyúval magasabb hőmérsékletszintre emelt közeg persze elvben alkalmas lehet villamos energia termelésre, de a hatékonyság fényévekre van a cikkben szereplő "a teljes oda-vissza energia tárolás és kinyerés hatékonysága kb. 50–70% között található" kijelentéstől. A legmodernebb kombinált ciklusú erőművek (villamos) hatásfoka is csak 50 % körül van, tessék csak a Carnot hatásfokra gondolni! (Vagy ilyenről még nem is hallott a T. szerző?!)

Véleményem szerint a megújuló energiák rendelkezésre állása és a fogyasztói igények közötti szakadék kiegyenlítésének legjobb módja a nagy távolságok áthidalására képes villamos hálózatok fejlesztése lenne, akár kontinensnyi távolságokban is. (Termelem, ahol süt a nap, felhasználom, ahol nem süt.) Ehhez persze szükség volna némi világbékére is...

GyMasa 2020.03.12. 13:22:57

@Phoenicurus:
Hát, igen...
Az egyetemen anno mintegy hobbiból hallgattam a kalorikus gépek tanszék néhány alaptárgyát, csak, mert érdekelt.
Ott mintha valami olyasmiről lett volna szó, hogy minél nagyobb a rendszer hőlépcsője, annál vackabb lesz a hatásfok.
Ráadásul a pont 100°C-os víz/sóder az nem is ogazán alkalmas a gőzfejlesztésre.
Annál magasabb hőmérsékletre KELL felfűteni tároló közeget.
Ja, és tulajdonképpen a felfűtéshez nem is kell hőszivattyú, elég csak egy bazi nagy fűtőszál, ami ugyanúgy 100%-os hatásfokkal fűt, de legalább teljesen egyszerű cucc, nem úgy, mint egy hőszivattyú. (tudom, hogy a hászivattyú COP-ja az 100% feletti, de szerintem a túlzott bonyolultsága (és az emiatti magas költsége + meghibásodásra való hajlama miatt én nem használnám.)
És, igen, megnézten a normál NaCl 801°C-on olvad. Szerintem egy 800°-os hőlépcsőt csak többfokozatú hőszivattyúval lehet megvalósítani. (ami még drágább- és meghibásodásra hajlamosabb lesz csak)

eßemfaßom meg áll 2020.03.13. 07:31:41

@lowend: "vagy a termelői oldalon" Ott kellene elkezdeni a dolgot, hogy az lehet termelő aki a tárolásra kiépíti a megoldását, mert az, hogy a termelő kaszál a tárolást meg oldja meg más a saját költségén az nem igazán tartható koncepció hosszú távon.

Phoenicurus 2020.03.13. 10:17:03

@eßemfaßom meg áll:
A tárolás ma még sajnos nem opció. A napelemes rendszerek termelését a hálózat befogadja és a szükséges mértékben visszaterhel. Ennek van technikai korlátja, ezt szenvedik már Németországban és Hollandiában. A háztartási napelemek termelését pedig (virtuálisan) a hálózat "tárolja" - és már vannak előzetes jelzések, hogy ezért a szolgáltató pénzt fog kérni, azaz a teljes ingyenesség megszűnik. (Ahogy az e-autók ingyenes töltése se tartható sokáig.)
NINCS INGYEN EBÉD!

gigabursch 2020.03.13. 13:44:22

Entalpiából delejt?
Erre azért alszom egyet.

eßemfaßom meg áll 2020.03.13. 13:55:14

@Phoenicurus: Igen, ezért írtam, hogy a mai rendszer hosszu távon életképtelen, aki random termel az oldja szépen meg a saját költségén az általa generált problémát, ne lőcsölje rá másokra.

GyMasa 2020.03.14. 02:15:13

@Phoenicurus:
"A háztartási napelemek termelését pedig (virtuálisan) a hálózat "tárolja""
Ezzel nincs is baj, hanem azzal van, hogy ezt a "tárolást" az összes felhasználó és a hagyományos energiatermelők fizetik.
süti beállítások módosítása