Ahogy egyre több ország lép a „nettó nulla szén-dioxid-kibocsátás” felé vezető útra, kulcsfontosságúvá válik a megújuló energiaforrások növekvő hányadának az energiarendszerbe való integrálásának szükségessége. Ez az elkövetkező években fellendülést idézhet elő a helyhez kötött energiatárolás globális piacán.
Energiatermelés és emisszió
Az energiatermeléssel összefüggő globális szén-dioxid-kibocsátás kevésbé emelkedett 2023-ban, mint egy évvel korábban, még úgy is, hogy a teljes energiaigény növekedése felgyorsult. A Nemzetközi Energia Ügynökség (IEA) gyorsjelentése szerint a napelemek, a szélenergia, az atomenergia és az elektromos autók folyamatos terjeszkedése segítette elkerülni a világot a fosszilis tüzelőanyagok nagyobb mértékű felhasználásától.
AZ ÚGYNEVEZETT TISZTA ENERGIATECHNOLÓGIÁK NÉLKÜL A CO2-KIBOCSÁTÁS GLOBÁLIS NÖVEKEDÉSE AZ ELMÚLT ÖT ÉVBEN HÁROMSZOR NAGYOBB LETT VOLNA.
2019 és 2023 között a tiszta energia növekedése kétszer akkora volt, mint a fosszilis tüzelőanyagoké, ami lehetőséget ad a fosszilis tüzelőanyagokról való átállás felgyorsítására ebben az évtizedben. Például a szél- és napenergia villamosenergia-rendszerekben 2019 óta világszerte történő kiépítése elegendő volt ahhoz, hogy India és Indonézia villamosenergia-ágazatának növekvő éves szénfogyasztásának kibocsátását kompenzálja.
2050-re a 100%-ban megújuló energiaforrásokból működő energiarendszerre vonatkozó EU-s ütemterv szerint a villamosenergia-csúcsterhelés jelentős arányának megfelelő rugalmassági kapacitásigényre lesz szüksége, emiatt jelentős mennyiségű alacsony szén-dioxid-kibocsátású villamosenergia-tárolási kapacitásra van szükség a költséghatékony, nettó nulla szén-dioxid-kibocsátású energiarendszerek lehetővé tételéhez.
Moduláris és helyhez kötött energiatárolás
A hordozható energiatárolási lehetőségek közül az akkumulátorok, azon belül is az elektromobilitás területén a jelenleg legelterjedtebb lítiumion-akkumulátorok helyzetével több cikkben (itt, itt, itt és itt) foglalkoztunk, ezek az ún. elektrokémiai akkumulátorok családjába tartoznak. Az időjárásfüggő energiaforrások egyre nagyobb térnyerésével növekszik az igény a különböző tárolási módozatok iránt. Vannak ezenkívül villamosenergia-tárolók, mint például a kondenzátorok, léteznek kémiai energiatárolók (például metán, hidrogén) valamint hőenergia-tárolók, és nagyon színes a paletta a mechanikai energiatárolási lehetőségek terén is. Ezek az úgynevezett helyhez kötött (stacioner) energiatárolók.
Az IEA előrejelzései szerint az akkumulátoros tárolás a leggyorsabban növekvő forrása az energiarendszerek rugalmasságának. Az akkumulátoros rendszerek nagy előnye, hogy modulárisak, ami lehetővé teszi a méretezhetőséget, és gyorsan telepíthetők szinte bármely helyen. Más tárolási technológiák tervezett kapacitásai jelentősen eltörpülnek az akkumulátorberuházások mellett, azonban kiegészítő szerepük lehet a rendszerrugalmasság biztosításában, sőt a nagyon színes technológiai megoldások következtében akár szerepük még jelentősebb is lehet.
A helyhez kötött (stacioner) energiatárolás döntő szerepet játszik majd a fosszilis tüzelőanyagokon alapuló rendszerről az elsősorban megújuló energián alapuló rendszerre való átállásban.
EGYRE BIZONYOSABB, HOGY ENERGIATÁROLÁS NÉLKÜL NEM VALÓSULHAT MEG SIKERES ENERGIAÁTMENET.
A villamos energia 2050-re várhatóan a végső energiafelhasználás felét teszi majd ki. A villamosenergia-hálózat olyan részszegmensekből áll, amelyek megfelelő működéséhez különböző helyhez kötött tárolási megoldásokra van szükség.
Jelenleg a szivattyús víztározás kivételével a Li-ion-akkumulátorok az egyetlen széles körben elterjedt tárolási megoldás, de csak néhány órán keresztül tudnak energiát szolgáltatni.
Más, hosszabb kisütési idejű, helyhez kötött energiatárolási technológiák még nem érték el a kiforrott szakaszt. Ahogy egyre több ország lép a „nettó nulla szén-dioxid-kibocsátás” felé vezető útra, kulcsfontosságúvá válik a megújuló energiaforrások növekvő hányadának az energiarendszerbe való integrálásának szükségessége. Ez az elkövetkező években fellendülést idézhet elő a helyhez kötött energiatárolás globális piacán.
Fontos tisztában lenni azzal, hogy a villamosenergia-igénynek minden pillanatban pontosan azonos mennyiségű villamos energiával kell párosulnia. Más szóval, a keresletnek és a kínálatnak folyamatosan egyensúlyban kell lennie a fennakadások és áramkimaradások elkerülése érdekében. A jelenlegi villamosenergia-rendszer rugalmassága elsősorban a gáztüzelésű erőművekből (le- és felszabályozó is), vagy a megújuló energiaforráson alapuló termelés korlátozásából (leszabályozás során) származik. Ha a túltermelésből egyensúlytalanság származik, ekkor – bizonyos protokoll betartása mellett – aktívan ki kell kapcsolni a megújuló energiaforrásokat, hogy egyensúlyban tartsuk a hálózatot. Egy fosszilisenergiahordozó-mentes energiarendszerben az első megoldásra többé nem lesz lehetőség, a kikapcsolás egyrészt értékes megújuló erőforrások pazarlásához vezet, másrészt felszabályozásra nem alkalmas. A jövő energiarendszerének rugalmassága az intelligens keresletre adott válaszreakciókból és a zöld villamos energia sokkal több és hosszabb idejű tárolásából fakad.
Energiatárolási technológiák
A szakértők általában öt különböző energiatárolási technológiát különböztetnek meg:
• elektromos,
• kémiai,
• elektrokémiai,
• termikus
• és mechanikai típusokat.
A villamosenergia tárolása elektromos úton elektromos energiamező vagy mágneses mező formájában történő tárolását jelenti. Szuperkondenzátorok és a szupravezető mágneses energiatároló (SMES) technológiák közvetlenül tárolják az elektromos energiát, és az akkumulátorok életképes, biztonságosabb töltési alternatíváivá válhatnak. A „Super Battery” egy innovatív technológia, amely egyesíti a szuperkondenzátor és az akkumulátor jellemzőit. 100-szor gyorsabban tölthető, mint a lítium-ion akkumulátorok, 50.000 életciklusa van, mentes a kobalttól, réztől és nikkeltől. Sokkal biztonságosabb, mint a lítium-ion akkumulátorok, még akkor is, ha összetörik, kilyukad vagy túlmelegszik.
Az elektrokémiai energiatárolás legelterjedtebb formáinak és a legnagyobb piaci részesedéssel rendelkezőnek a lítiumion-akkumulátorok számítanak, de komoly technológiai fejlesztések folynak a nátrium-kén (NaS), a redox folyadékáramos és szilárdtest-akkumulátorok területén is.
A kémiai tárolás az elektromos áram felhasználását jelenti egy vegyi anyag előállítására, amelyet később üzemanyagként lehet felhasználni. Ez a tüzelőanyag felhasználható hőterhelés fenntartására vagy villamosenergia-termelésre, -szállításra. Három út kínálkozik a kémiai energiatárolásra: a hidrogén (H2), az ammónia (NH3) és a szintetikus gáz (CO + H2) termelése, ezek közül hosszú távon a hidrogén látszik az egyik legígéretesebb alternatívának.
A hidrogént három fő módon lehet tárolni, mindegyiknek más-más vonatkozásai vannak a rendszer energiakapacitásának és elrendezésének szempontjából:
gázként geológiai képződményekben található földalatti üregekben vagy nagynyomású tartályokban;
folyadékként hűtött tartályokban;
szilárd vagy folyékony hibridek formájában (például ammónia, magnézium).
Termodinamikai alapú tárolás körébe tartozik például a szenzibilis/érzékelhető hő tárolása, az ún. látens hő (halmazállapot változásoknál szerepet játszó) munkája és a kémiai folyatok során keletkezett hő tárolása.
A mechanikus tárolás potenciális energia vagy kinetikus energia tárolásának formájában valósul meg. Legismertebb fajtái:
• a szivattyús energiatározós vízerőművek,
• a gravitációs tárolók,
• a sűrített és folyékony levegő,
• a lendkerék
• és a spirálrugó.
Az időjárásfüggő megújuló energia növekvő aránya közvetlenül és közvetve is befolyásolja az energia-, villamosenergia-tárolási alkalmazások fejlesztését. Nagyon hasonlóan viszonylag rugalmatlan, de alacsony szén-dioxid-kibocsátású energiatermelési technológiák – mint például az atomenergia – hasonló jellemzőkkel rendelkeznek, amelyek szintén a megfelelő villamosenergia-tárolási alkalmazások növelését igénylik. Az energiatárolási technológiák az egyre jobban kutatott területek közé tartoznak az alkalmazott mérnöki és fizikai tudományokban. A sokszínű szereplők versenyben is állnak egymással, ami segíti az egyre hatékonyabb és olcsóbb fejlesztések elindítását.
Forrás:
https://www.portfolio.hu/gazdasag/20240613/enelkul-nem-lesz-sikeres-zold-atmenet-fellendules-elott-a-helyhez-kotott-energiatarolas-687173
2024.június 13.
