ATAMIQ: Технологията за съхранение на енергия от ВЕИ чрез сгъстен въздух (CAES) е стъпка към устойчиво енергийно бъдеще

Глобалното производство на енергия, добита от възобновяеми източници непрекъснато нараства. Този ръст е ключов за успешната трансформация на световната енергийна система и прехода към устойчиво, нисковъглеродно бъдеще, но той е свързан с редица предизвикателства, свързани със съхранението на излишъка от произведената енергия. Тъй като възобновяемите източници са непостоянни по характер, складирането на енергията, добита в периоди на свръхпроизводство, е съществено важно за гарантиране на сигурни енергийни доставки за индустрията в периодите на по-ниска производителност. „Към днешна дата съществуват редица технологии за съхранение на излишната енергия. Едно решение, което е изключително жизнеспособно, но въпреки това подценявано, е съхранението на енергия чрез сгъстен въздух (Compressed Air Energy Storage – CAES)“, коментираха пред Инженер.bg от водещата българска B2B онлайн платформа ATAMIQ, специализирана в областта на устойчивите и екологични индустриални решения. Ето и подробности за технологията.

„Съхранението на енергия чрез сгъстен въздух е начин за съхранение на излишъка от генерираната от алтернативни източници енергия, с цел използването ѝ на по-късен етап. Подобна система за съхранение позволява енергията, генерирана по време на периоди на ниска консумация (извън този на пиково натоварване), да бъде складирана и освободена в периодите на пиково натоварване на мрежата. Технологията може да бъде използвана както за малки мощности, така и за по-големи инсталации, които да осигурят значителен резерв от енергия”, обясниха от ATAMIQ.

Как функционират системите за съхранение с компресиран въздух?

Инсталациите за съхранение на енергия със сгъстен въздух (CAES) са много близки до помпените водно-електрически централи (ПАВЕЦ). Основната разлика при тях е, че вместо в периодите на излишък на енергия вода да се изпомпва от долен в горен изравнител (както е при ПАВЕЦ), в CAES инсталацията околният въздух или друг газ се компресира и съхранява под налягане в подземно хранилище или контейнер. Когато е необходимо електричество, въздухът под налягане се нагрява и разширява в разширителна турбина, задвижваща генератор за производство на енергия. Специфика при съхранението на сгъстен въздух е, че при неговото компресиране налягането може да достигне до 70 bar. Стандартните многостъпални въздушни компресори използват междинни и последващи охладители, за да намалят температурите на изпускане до 149 – 177 °C. Температурата на въздуха за впръскване в хранилището се намалява до 43 – 49 °C, което означава, че топлината, генерирана при процеса на компресиране се извлича или бива отстранявана от междинен охладител.

 „Загубата на топлинната енергия се компенсира по време на фазата на генериране на електроенергия от разширителната турбина чрез нагряване на въздуха под високо налягане в горивните камери, чрез използването на гориво от природен газ. Като алтернативно решение е възможно да бъде използвана топлината от изгорелите газове на турбината в рекуператор за загряване на входящия въздух преди цикъла на разширяване. Отделяната по време на компресиране топлина може да бъде използвана за адиабатно разширение и съхранена преди влизане в подземното хранилище”, поясниха от българската фирма.

Какви са спецификите на диабатния CAES метод?

Въведените в експлоатация CAES инсталации по света се основават на диабатния метод. По същество този тип инсталации представляват конвенционални газови турбини, при които компресирането на въздуха за горене е отделено и независимо от основния процес на работа. Именно от тази разлика идват и някои от основните предимства на този тип турбини. Обикновените турбини обикновено използват около 2/3 от капацитета за компресия, а турбината CAES е в състояние да генерира три пъти повече мощност при същия входящ поток природен газ, значително намалявайки консумацията на газ и емисии на въглероден диоксид с около 40 % – 60%, в зависимост от това дали отпадната топлина се използва за затопляне на въздуха в рекуператор. Ефективността варира от 42% без оползотворяване на отпадната топлина до 55% при оползотворяване.

С какво се отличава адиабатният метод?

За разлика от изотермичния, при адиабатния цикъл за съхранение на електрическа енергия със сгъстен въздух (Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage Cycle – AA-CAES) отпада необходимостта от изгаряне на гориво за подгряване на сгъстения въздух. Това се дължи на съхранената топлинна енергия в специални устройства по време на компресирането на атмосферния въздух, т.е. сгъстяването на въздуха се реализира без да се отдава топлина в околната среда. Компресирането на въздуха се извършва, когато енергийната система не е натоварена – обикновено през нощта. „Тези системи не произвеждат и не изхвърлят никакви вредни емисии в атмосферата поради липсата на горивни процеси. За системи с мощност над 100 MW ефективността варира в границите от 60 до 75%, но засега все още няма изградени функциониращи такива”, обясниха специалистите от ATAMIQ.

Най-сериозното предизвикателство е пространството, което изисква методът

Най-голямото предизвикателство при изграждането на система за съхранение на енергия със сгъстен въздух е огромното пространство, което той изисква. Като резервоар за сгъстения въздух се използват херметични подземни кухини, например изчерпани солни мини или газови находища. Съществуват и технологични разработки, при които вместо в подземно хранилище сгъстеният въздух се съхранява в подземни водоносни пластове или направо на голяма дълбочина във водни басейни. Във втория случай въздухът „надува” евтини резервоари от изкуствена материя, а налягането на водния стълб над тези резервоари осигурява сгъстяването, като налягането е функция на дълбочината. Резервоарите са евтини, защото от тях не се изисква да удържат налягането на сгъстения въздух, а само да го отделят от водата.

Съхранението на енергия със сгъстен въздух е алтернативен метод за съхранение на излишната енергия, добита от ВЕИ, който все още не е широко разпространен заради необходимостта от локации с подземен резервоар. „Въпреки това основно предизвикателство, технологията напредва и вече съществуват системи, които предлагат ефективни решения за съхранение на въздуха в надземни резервоари. При намиране на подобни алтернативни начини за справяне с тази основна трудност за системите, CAES инсталциите имат огромен потенциал и биха могли да бъдат добра алтернатива на ПАВЕЦ. Доусъвършенстването на този тип технология за съхранение на енергия от ВЕИ е възможно да се окаже ключово за успешната трансформация на световната енергийна система и прехода ѝ към устойчиво, нисковъглеродно бъдеще”, допълниха още от иновативната B2B платформа ATAMIQ.

Източник на снимковия материал: Атамик (ATAMIQ), canva.com