Hogyan tároljuk a napfényt vagy a szelet? Folyamatos áramellátás megújuló energiából

2020. október 22. 07:32 - CHIKANSPLANET

Ha csökkenteni akarjuk a globális szén-dioxid kibocsátást és így csökkenteni a klímaváltozás hatásait, energiaigényünk kielégítésére egyre nagyobb arányban kellene áttérnünk a megújuló energiákra. Igen ám, de mi történik, ha nem süt épp a Nap vagy nem fúj a szél? Örök kérdés, hogy hogyan tudjuk tárolni a megújuló energiákat?

Abban a szakemberek is egyetértenek, hogy a szél- és napenergia használata jóval kevesebb szén-dioxid kibocsátással jár, mint a fosszilis energiahordozók használata. Van azonban egy nagy probléma velük, nem állnak rendelkezésre folyamatosan, az igényeknek megfelelő mennyiségben. Ha bolygónk megóvása érdekében át akarunk térni ezeknek az energiaforrásoknak a nagymértékű használatára, meg kell tudnunk oldani a belőlük származó energia tárolását is, hogy a szélcsendes vagy borult napokon is ugyanúgy rendelkezésre álljon a megfelelő mennyiségű energia.

A tárolásra többféle verzió is létezik már világszerte, például a szivattyús energiatározó erőmű, vagy az általunk is használt akkumulátoros energiatározás. Ezeknek is megvannak azonban a hátrányaik, vagy költségesek, vagy bonyolultak, vagy korlátozottak a földrajzi követelmények miatt, ezért különböző fejlesztésekről is hallani lehet, amelyek a fenti hátrányokat igyekeznek kiküszöbölni.

Hőszivattyús tárolás

Az egyik ilyen újdonság a szivattyús hőenergia-tároló (TES). Ez a technológia körülbelül tíz éve létezik, azonban a németországi Siemens Gamesa a tavalyi évben kezdte meg a tesztelését.

A TES nagy teljesítményű hőszivattyúval alakítja hővé a villamos energiát. A termelt hőt egy közegben, például vízben vagy kavicsban (a Siemens kísérleti telepei esetében vulkáni kőzetben) tárolják, egy nagy, szigetelt tartályban. Az elektromos áramot ebben a közegben hőként tárolják, amíg szükség nem lesz rá, és akkor egy motort használnak az árammá történő visszaalakítására. A rendszer a termodinamikai ciklusok elvét használja fel. Ennek a megoldásnak rengeteg előnye van.

Mivel a rendszer a hagyományos technológiára támaszkodik, és olyan alkatrészeket használ, amelyeket az energia- és feldolgozóiparban már széles körben ismernek és használnak - például turbinákat, kompresszorokat, hőcserélőket és villamos generátorokat, így az ilyen létesítmény tervezéséhez és felépítéséhez szükséges idő lerövidül. A hőtároló-közeg összes variációja környezetbarát, vegyianyag és toxinmentes, ráadásul bőségesen és olcsón rendelkezésre áll.

A létesítmény a világ bármely pontjára telepíthető, annak földrajzi adottságaitól függetlenül. Ráadásul a technológia több energiát képes tárolni egy adott térfogatban (magasabb energia sűrűséggel), mint a szivattyús víztározók. Kevesebb helyet is igényel egy adott eltárolható energiamennyiséghez, azaz a létesítmény ökológiai lábnyoma is kisebb. Ehhez hozzájárul, hogy az alkatrészek hosszú élettartamúak - évtizedekig kibírják, mielőtt cserélni kellene őket.

Betonban tárolt energia

A közelmúlt egy másik érdekes megoldási kísérlete egy startuphoz kötődik. A svájci Luganóban indult Energy Vault a betonban bízik. Az alacsony technikai igényű projekt nagy előnye, hogy bárhol könnyen megvalósítható: az ötlettől a megvalósításig mindössze 9 hónapra és kevesebb mind 2 millió dollárra volt szüksége a cégnek, ennyi idő alatt sikerült megépíteni a működő modellt, amely méretét tekintve a tervezett betontároló egytizedének felel meg.

A „betontároló” egy 120 méter magas, motorokkal ellátott hatkarú daruból és a köré helyezett, a karoknál jóval mélyebben fekvő, egymásra pakolt betonhengerekből áll – ezek egyenként 35 tonnát nyomnak. Többletenergia esetén a daru felemeli a tömböket, ha pedig áramra van szüksége a hálózatnak, egy precíz szoftver segítségével a leghatékonyabb módon visszaengedi őket a földre, miközben a generátor energiát termel. Az Energy Vault tervezett betondarui ugyanannyi energiát (20-35 megawattóra) képesek tárolni, mint jelenleg egy átlagos akkumulátoros energiatároló, a Quartznak elmondott adat szerint ez 2000 svájci otthon egésznapos ellátására elég. Hatékonyságban is ezekhez a tárolókhoz hasonlítható a betonerőmű: a tömbök emeléséhez elhasznált energiához képest körülbelül 85 százalékban képes visszanyerni az energiát – a lítiumionos akkuknál ez 90 százalék körüli érték.

Azt még nem tudjuk, hogy melyik megoldás lesz a befutó, esetleg jön egy eddig kevéssé ismert módszer, az azonban biztos, hogy a közeljövőben ezen a területen is változások várhatók, hiszen a világ energiaigénye nem csökken, ugyanakkor egyre nagyobb az igény a környezetkímélő energiaforrások használatára is.

(Fotó: Siemens Gamesa)

12 komment

A bejegyzés trackback címe:

https://chikansplanet.blog.hu/api/trackback/id/tr1916253518

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.

Wildhunt 2020.10.22. 08:47:52

Ezek közül egyik sem.

midnight coder 2020.10.23. 08:49:44

@Wildhunt: +1. Ezeknél jobb megoldások is voltak már, Pl. olvasztott sóval, de közös vonásuk hogy iszonyúan drágák. Ennél valamivel biztatóbb ötletek is vannak, Pl. az áram alkohollá alakítása majd visszaalakítása, de ezek kísérleti fázisban vannak.

Az apokalipszis lovasa 2020.10.23. 10:51:59

"Hatékonyságban is ezekhez a tárolókhoz hasonlítható a betonerőmű: a tömbök emeléséhez elhasznált energiához képest körülbelül 85 százalékban képes visszanyerni az energiát – a lítiumionos akkuknál ez 90 százalék körüli érték."

Ezt nem értem, én mindenhol azt olvastam hogy az áram tárolása iszonyatosan hatékonytalan, de itt 85 meg 90%-os visszanyerésről beszélnek.

Wildhunt 2020.10.23. 11:48:31

@Az apokalipszis lovasa: Ami benne van, annak a 90%-át nyerik vissza.

wigner 2020.10.24. 15:38:09

Probléma a cikkel, felvetésével, a cím a tartalommal nem áll össze: Ezek a megoldások nem a napenergiát tárolják, hanem a villamos energiát, származzék az bárhonnan. Azaz nem a napfény= napenergiát tárolják közvetlenül. Ez a legnagyobb probléma: a közvetettség. (közbe van vetve a villamos energia)
A napenergiából villamos energia előállítási, továbbítási és felhasználási, tárolási folyamatának
leggyengébb láncszeme rögtön az első, ugyanis a napelemekre eső napfény 85 %-ából nem lesz
villamos energia, gondolok itt az átlagos 15%-os hatásfokára. Egyrészt, még ha ingyen is van,
ez tiszta pazarlás. Másrészt, minden napenergiából előállított villamosenergia felhasználó
rendszer energiahatékonysági megítélése erről az alacsony 15%-os alapról indul.
Ezért ne alakítsuk át a napenergiát villamos energiává, ha nem muszáj, hanem melegítsünk vele közvetlenül és úgy tároljuk, illetve hajtsunk meg vele olyan hűtőgépet, ami direkt napenergiával működik és "negatív hőmennyiségben" tároljuk közvetlenül a napenergiát.
A címe alapján ezekről a technológiákról kellene szólnia a cikknek.

cavalry 2020.10.26. 17:04:35

@wigner: A napenergia tárolására a fotoszintézis a jó, az energia fa nevelése. A levél az egyik legtökéletesebb üzem. A most tesztelés alatt álló találmányom a fa nevelésben eléri májustól október végéig a 100% tőátmérőnél mért terület gyarapodást.

wigner 2020.10.26. 17:41:01

Kedves cavalry!

Ezzel lehet, hogy tudnék vitatkozni. Hány kg-ot gyarapszik egy ilyen fa egy szezon alatt, 100 kg?
Mekkora a lombmérete? 10m2? A számoljunk úgy, hogy a napfény teljesítménysűrűsége kb. 1kW/m2.
A fa égéshője 20 MJ/kg. Tegyük fel, 8 órát dolgozik effektíve ez az üzem per nap. Ezekből az adatokból 2 hónap alatt kellene 100 kg gyarapodás elérni ha 100%-os a hatékonyság. Ha 5 hónap alatt éri el, akkor 2/5 hónap = 40% jön ki. A napelemnél valóban jobbnak tűnik. Viszont a fával iszonyat sok a macera mire befűtesz vele akármit.
Mit gondolsz? Mik a számok?
Az én kutatásomban inkább egy hűtőgépet hajtok meg vele, és a napfény kvázi kapásból hideget teremt akkor és ott ahol kell. Persze ebben is van egy közvetettség, mert a kalorikus hűtőgép működéséhez előbb mechanikai energiára van szükség.

cavalry 2020.10.26. 18:26:07

@wigner: Pontosan mérni a tőátmérőt lehet, a tő kerületét, a fa magassága már 10 méter felelett nehezen mérhető pontosan, darum ninc serre :) . A dolgot úgy kell elképzelni, hogy 1000 db fa lett elültetve facsemete méretben, 3-4 magas 2-3 cm tőátmérővel. Ezek a fák különböző csoportokban vannak (a terület több hektáros egyébként lovas farm). A csoportok különböző gondozást kaptak, így összehasonlítható ezeknek az eljárásoknak a hatása. A csoportok mérete 25-300 között van. Az egyidőben ültetett csoportok közötti eltérés hatalmas, a gondozástól függően, és vannak olyan csoportok is amiket direkt nem gondozunk. Vannak már műszerek is amivel a fa sűrűségét is lehet mérni, csak ezek elég drágák de remélhetőleg lesz ilyen eszközünk is a közeljövőben. Hektáronként 3-4000 fa ültethető alapesetben (de azt is kipróbáljuk hogy ha sokkal sűrűbben ültetjük, de gondozzuk akkor mi a következménye). egy újnak számító technikai rendszer végzi a fő gondozási kísérletet és persze hagyományos módszert is alkalmazunk direkt. Az új rendszer tudja ezt az eredményt, a hagyományos a "fasorban sincs". A fa súlyát erdészeti táblázatokkal lehet kiszámítani, lés dönteni a vágásról. A kivágott fa újrahajtásra képes. Ha az eredeti terv szerint 8-10 éves korára éri el a vágáérettséget, akkor kiszámítható a teljesítmány. HA 3000 fánál darabonként 3-500 kg a súly amit elérünk akor számoljunk 300 kg-al, az 3000 * 400 =1.200.000 kg ezt kell beszorozni valamilyen tüzifa árral (méterfa vagy darabolt aprított) vagy az erőművek átvételi árával. egy ház kifűtése 3-10 tonna között lehet a kályhától függően. Ha a 10 tonnát vesszük alapul akkor 120 házat fűthetsz ki egy hektár tűzifával tehát folyamatosan 10 hektárt kell működtetni az évek alatt. Az előállítási költség nem jelentős. Az erdőgazdaságok hatékonysága: akácnál 30 év, tölgy 50 év a vágás ideje, de az keményfa aminek az ára a duplája, de a fűtőértéke kilóra számítva nagyon hasonló a gyakorlatban. Minden fát ki kell szárítani persze. Gyorsan növő fa van többféle, császárfa, fűz, nyár, stb. kőris, stb. A fűtéshez: van egy kályha találmányunk is, ami sokkal hatékonyabb mint a most ismertek, 8 éve fejlesztjük és finomítjuk, gyakorlatilag egy befűtés 2 napig meleg van, 60%-al kevesebb fával fűt és a megépítése (összerakás mint az IKEA szekrény, 6 óra, opcionális a hőtároló mérete és maga a kályháé is. Ki lehet fűteni vele egy templomot is vagy kultúrházat. Nem is hasonlít a hagyományos kályhákhoz, az enyém pld egy válaszfal helyett van, abban lehet pld egy tűztér elhelyezve ablakkal mint a kandallók. Az egész fal a kályha :) . A kályha előbb volt mint a fatermelés, ezt direkt a kályha miatt kezdtük vizsgálni. Gyakorlatilag sokféle kályha építhető, a design szabad, és beilleszthető a központi fűtés rendszerébe puffertartály segítéségével. A fa gyarapodása kilóra mérve sokkal több mint 100 kiló jóval, csak ránézésre is. A poén az hogy ezzel a módszerrel a Szaharába is lehetne fát nevelni ha 1 m3 termőtalajt teszel alá. A talajhőt is szabályozzuk.

cavalry 2020.10.26. 18:31:57

@wigner: Természetesen a legrosszabb esetekkel számoltam, a valóság jobb sokkal. Kiszámoltuk hogy házanként kb 400 fa elültetésével gyakorlatilag többet nem kell tüzelőre költeni, mert szakaszosan lehet kitermelni az éves mennyiséget és amikor újranő kezdheted elölről. a fatüzelés kiegészítőnek is jó, mellette napelem és a gáz biztonságot ad. A kályha pedig kemence szerűen is működik, lehet benne sütni bármit. Nyilván látványos is, nem véletlenül sikeresek a kandallók, csak nem gazdaságosak.

bunny.hu · http://www.divecenter.hu 2020.10.27. 23:09:48

@cavalry: Valahogy elveszett a bábák között a gyerek. A károsanyag kibocsátás mióta nem szempont? Hogy a bánatba merülhet fel a fatüzelés, pont arról szól az egész, hogy nap és szél - tehát megújuló és környezetbarát - energiát tárolnánk.

cavalry 2020.10.28. 10:19:40

@bunny.hu: Igazad van elvileg , de csak a mostani helyzet szerint. A levegőtisztasággal kapcsolatos EU törvénykezés is megállapította a normákat , aminek a fatüzelésű kályháknak meg kell felelnie. ez a mi országunkban azt jelentené hogy az összes cserépkályhát le kell bontani és bio tűzteressé kell felépíteni. ez is kevés lesz. Át kell építeni a kéményeket is és a kályha levegő ellátást is automatizálni kellene, és a kályha típusokat újratervezni. A mostaniak nem felelnek meg az előírásnak. A kijutó füstből a szilárd részecskéket le kell választani. A levegőnek vannak nem eléghető részei, és a füstben ezek benne vannak, és a CO2 is. De elvileg a fa által lekötött CO2 szabadul ki újra, ezért a fa elégetése elvileg CO2 semleges. Növelni kellene a fa elégetésének hatékonyságát is, mert most kb. háromszor annyi fát égetnek el (néha többet) mint amennyi szükséges lenne, az energiát alapvetően elpazarolják. Gondolj egy vaskályhára ahol a tűztérből kivezet a füst a kéménybe direkjt, és nem történik más művelet. Csak a kályha felület fűt. Nálunk nem előírás a katalizátor behelyezése, az USA-ban már régen az. A fa elégetését nem lehet kiváltani mert a nap és szél erőművek áramtermelése erre alkalmatlan jelenleg a tárolás megoldatlansága miatt. Vannak már jó próbálkozások de drágák és még nem eléggé hatékonyak. Valamivel fűteni kell. A gáz elégetése viszont többlet szennyezést okoz, a szén és olaj szintén szennyez. Nálunk több millió ember fűt fával és fog is. Az atom erőmű sem ad olcsó fűtésre való áramot. Más ötlet? Jó kályhát kell csinálni, ezt valósítottuk meg. Működik. A fa termelése is működik gyorsan és olcsón, a fotoszintézis meg elég régóta :) .

cavalry 2020.10.29. 08:31:11

Van még egy tárolási mód, a vasúti gördülő kocsi 30 tonnás tömegét hegyre vontató, majd onnan leeresztő rendszer.
süti beállítások módosítása