Energiatárolás: sok a próbálkozás világszerte, itt az új finn csoda

A megújuló alapú energiatermelés elterjedése, valamint a villamosenergia-felhasználás növekedése sürgős feladattá tette az energiatárolás nagy mennyiségben és hosszabb időre történő megoldását. Az áramhálózatokba érkező és az azokból vételezett villamos energia mennyiségének ugyanis folyamatosan egyensúlyban kell lennie, de ezt az egyensúlyt gyakran és egyre erősebben megbontja az időjárás- és napszakfüggő áramtermelés, és az attól merőben eltérő idejű felhasználás.

Kulcskérdés lett az energiatárolás

Az egyensúly csak

• nagy költségek,
• észszerűtlenségek
• és esetenként kényelmetlenségek

árán tartható fenn. Amennyiben ugyanis több villamos energia termelődik a piac által igényeltnél, csökkenteni kell bizonyos erőművek teljesítményét. Ezáltal romlik a létesítmény kihasználtsága, és kártalanítani kell a létesítmény tulajdonosát, aminek egyébként megvan a kialakult rendszere. (Májusban például egyedül az, hogy az arra szerződött hazai erőművek rendelkezésre álltak a termelésük esetleges csökkentésére vagy növelésére, 12,1 milliárd forintba került, az érintett energia díja pedig 3,5 milliárdot vitt el.) Közben az extra túlkínálat miatt zuhan az áram tőzsdei ára, akár még negatív ár is születhet. Erre már az idén is volt több magyarországi példa is. Időzíthetők az áramkínálatos időszakokra egyébként nem tervezett energiaigényes tevékenységek is, de ez sem feltétlenül kényelmes.

Fordított esetben, vagyis, amikor az áramtermelés lecsökken, a használat viszont kilő, a villamos energia piaci (tőzsdei) ára felszökik, Magyarország esetében a nagy kereslet ráadásul az import megugrását is jelenti, magas áron.

A kiút a villamos energia tárolása. A lényeg, hogy nem leállítani kell a fölösleges termelést, hanem a megújuló energiaforrásokból származó áramot valamilyen módon „félretenni” arra az időre, amikor az az erőművekben éppen nem termelődik, de szükség van rá. 

 Sorra vesszük, miért.

Szivattyús-tározós erőmű – kell hozzá egy magas hegy

Több évtizedes és már bevált megoldás, hogy az erőművek többletenergiájával egy (jellemzően mesterséges) tóból vizet szivattyúznak fel egy sokkal magasabban kialakított tóba. Az ehhez felhasznált energiát úgy nyerik vissza, hogy a vizet a felső tóból leeresztik az alsóba egy áramot termelő turbinán keresztül. Az ilyen létesítmény, a szivattyús-tározós erőmű (SZET) hatásfokát 65-75 százalékosra írja a szakirodalom. A hatásfokot ronthatja, ha időjárási okok miatt csökken a felszivattyúzható víz mennyisége, vagy, ha a felső tó megtelik és nem tud több vizet fogadni. Igaz, ezzel már a tervezéskor számolni lehet.

Mivel a két tó között nagy szintkülönbségnek kell lennie, egy SZET telepítése feltételezi viszonylag magas hegyek meglétét. Magyarország adottságai e téren korlátozottak, mindazonáltal itt is terítéken van egy nagyobb teljesítményű és két kisebb SZET építése. Magyarország számára észszerűnek ígérkezik a SZET-ek szempontjából jobb földrajzi lehetőségekkel rendelkező, szomszédos országokkal való együttműködés, ilyen projektekbe való beszállás.

Máskor is besegít a gravitáció

Tulajdonképpen a víz mellett bármi más is felemelhető a többletenergiával energiatárolás céljából, csak legyen nehéz.  A felemelt tárgyba, tárgyakba „töltött” energia a leengedésükkor nyerhető vissza, amikor a mozgási energiájukat elektromos energiává alakítják. Ez a gravitációs energiatárolás. A SZET a gravitációs energiatárolás elvének lényegében egy speciális, de talán leginkább jellemző gyakorlati alkalmazása.  

• A gravitációs elv bevethető a raktározásban, például a görgős állványrendszerekben, amikor a raklapok a gravitációnak köszönhetően gördülnek le a lejtőn.
• Kihasználható a tengerfenék és a felszín vízszintkülönbségből adódó gravitációs potenciál is.
• Gravitációs energiatárolónak tekinthető a Föld és Hold gravitációs kölcsönhatásából eredő árapály is. Ez az energia árapály-erőművel hasznosítható, „magára hagyva” csak a tengerpartokat erodálja.

Konténerbe az árammal!

Az energiatárolást érintő kutatások döntő része a kémiai tárolás, azaz az akkumulátorok fejlesztése terén zajlik. Már egyre nagyobb ilyen berendezéseket telepítenek, de szem előtt kell tartani, hogy az ipari akkumulátorok mindössze néhány órán át őrzik az áramot. Napon belül tehát rendkívül hasznosak, de több napra, hetekre már nem tudják megőrizni a villamos energiát. Pedig az igazi az lenne, ha a nyáron termelt áramot télen visszaszolgáltatnák!

Az ipari akkumulátorok, elsősorban a lítiumionosok hatásfoka akár 98 százalék is lehet. A tárolás rövid idején túl egyelőre ellenük szól a gyártásukhoz szükséges anyagok nehéz hozzáférhetősége is, kiváltképp a jelenlegi nemzetközi politikai feszültségek közepette. A Mol Magyarországon új eljárással, a szénhidrogén-bányászat során felhozott vízből igyekszik kinyerni a lítiumot. Még nem dőlt-e, hogy a próbálkozása gazdaságilag életképes-e.

Újszerű, és ritkaföldfémeket nem igénylő energiatároló eszköz viszont a nátriumszulfátos akkumulátor. Az MVM néhány hónapja telepített is egyet. Az ilyen akkumulátort azonban folyamatosan mintegy 300 Celsius fokon kell tartani, ami megnehezíti, beszűkíti használatának lehetőségeit.

A hidrogén jó ötlet, de elég kihívásos

Felkapott, de szintén nem sínen lévő energiatároló megoldás, hogy a fölösleges energiával a vizet először oxigénre és hidrogénre bontják, majd amikor áramra van szükség, a hidrogént „elégetik”. Mellette szól, hogy a kiinduló anyag, a víz kéznél van. Az égetéskor is csak víz keletkezik, vagyis az eljárás jórészt környezetkímélő. A hidrogénüzemek is szaporodnak Magyarországon, elsősorban naperőművek mellé telepítve.  

A hidrogénnel működő üzemanyagcellák hatásfoka 40-70 százalék közötti attól függően, hogy figyelembe veszik-e a keletkező hulladékhőt. A teljes folyamat hatékonysága azonban alacsonyabb lehet a hidrogén előállítása és tárolása során keletkező veszteség miatt. Ráadásul a hidrogén ilyen módon való előállítása drága, maga a gáz pedig erősen korrodáló, megnehezítve – és szintén megdrágítva – a tárolását, szállítását. Mindazonáltal e téren is folynak hazai kísérletek.

Szuperkondenzátor: sok előny és sok kérdőjel

Versenyben vannak a szuperkondenzátorok is, de elsősorban járművek hajtása kapcsán, és ott is inkább csak lehetőségként. Ezek gyorsan tölthetők és nagyon hatékonyak, viszont egyelőre nem tudnak annyi energiát tárolni, mint a lítiumosok. Gyorsan le is merülnek. A szuperkondenzátorok az akkumulátorok és a kondenzátorok által az energia tárolására használt elektrosztatikus és elektrokémiai elveket egyaránt kihasználják.

A Nap hője is eltárolható

Nemcsak a fölöslegesen termelt áram, hanem a Nap hője is befogható. A naphőerőművek olyan speciális naperőművek, amelyek a Nap hőjével forró gázt vagy gőzt fejlesztenek, majd azok energiájával például turbinákkal áramot állítanak elő. Bár a naphőerőmű alapértelmezésben termeli az energiát, nem pedig tárolja, működésekor meg kell oldani a befogott hő tárolását is. A tárolás hatékonysága mindenekelőtt a tárolóközeg tulajdonságain múlik. E célra főként olvadt sót, máskor speciális olajat, szilárd ként vagy kerámiagolyókat használnak. A magyarországi adottságok nem kedveznek a naphőerőművek telepítésének. Ilyeneket tőlünk délebbre építenek.

Újabb finn csoda 

Viszont most épp északabbról érkezett hír újabb és ígéretes megoldásról. Ez esetben a tárolóközeg érdekes, és az, hogy nem áram-, hanem hőtárolásról van szó. A bespájzolt hővel nyáron csaknem egy hónapig, télen egy hétig látható el a beruházás helyszínéül választott település, a dél-finnországi Pornainen hőigénye. Az energiát homokban, pontosabban ipari termelésből visszamaradt zúzott szappankőben tárolják. Ez azért fontos, mert bár a célnak másfajta homok is megfelel, az itt alkalmazott megoldás segíti a körforgásos gazdaság formálódását, így a környezet védelmét is.

A homokban történő hőtárolás nem teljesen új gondolat, de a A Polar Night Energy cég homokakkumulátora már ipari méretű. Hőteljesítménye 1 megawatt, a tárolókapacitása 100 megawattóra, azaz tízszer nagyobb, mint a 2022-ben már piacra dobott homokakkumulátor. A cég által fejlesztett Sand Battery úgy működik, hogy 2000 tonna homokkal megtöltöttek egy körülbelül 13 méter magas és 15 méter széles tornyot, a homokot azután nap- és szélerőművek fölösleges áramával felmelegítik. A létesítmény ezzel a települési elektromos hálózat stabilitását is támogatja. Egyúttal körülbelül évi 160 tonnával csökkenti a helyi fűtési hálózat szén-dioxod-egyenértékben kifejezett károsanyag-kibocsátását.