Rosnące potrzeby energetyczne świata, a także konieczność ochrony środowiska – przede wszystkim redukcję emisji CO2 powoduje wzrost użycia odnawialnych źródeł energii w produkcji energii elektrycznej.

Jednym z odnawialnych źródeł energii jest wiatr. Produkcja energii elektrycznej z wiatru  posiada szereg zalet.

Oprócz zalet energetyka oparta na wietrze posiada również wady. Główną z nich jest praca z bardzo zmienna wydajnością co stwarza duże problemy zakładom energetycznych, gdyż niemożliwe jest przewidzenie produkcji nawet z dobowym wyprzedzeniem. Kolejny problem polega na dostarczeniu energii elektrycznej do odbiorcy wtedy gdy jej potrzebuje.

Dlatego akumulacja  energii w ostatnich latach staje tak ważna. Z pośród wielu technologii magazynowania możemywyróżnić dwa rodzaje:

bez konwersji na inną postać (magazynowanie w postaci pola magnetycznego, czy w superkondensatorach),

– z konwersją

 

zobacz także:

Energetyka wiatrowa offshore

Współpraca elektrowni wiatrowej z KSE

 

Podziemny zbiornik (kawerna solna i skała porowata)

Do najpopularniejszych sposobów akumulacji energii przy pomocy konwersji na inną formę energii jest zastosowanie elektrowni szczytowo-pompowych. Innym, alternatywnym sposobem jest magazynowanie za pomocą sprężonego powietrza (system CAES – Compressed Air Energy Storage). Metoda ta polega na użyciu powietrza, które posiada 10 krotnie większą zdolność magazynowania  energii w porównaniu do wody, a także zdolność sprężania do dużych ciśnień. Dla przykładu 1 Nm3 powietrza sprężone do 100 atm. zawiera 0,14 kWh energii. 

Energia elektryczna o niskim koszcie – dostępna w okresie pozaszczytowym (np. w nocy) używana jest do sprężania powietrza i tłoczenia go do podziemnym magazynów. Zbiornikami używanymi na potrzeby systemu CAES są opuszczone kopalnie, kawerny solne, struktury porowate (Rys. 1), lub specjalne do tego celu przystosowane zbiorniki wytworzone w sposób sztuczny. Czas wytworzenia takiego zbiornika to około 1,5 do 2 lat, a metoda polega na sztucznym rozpuszczaniu soli. Ważne jest by ściany zbiorników stanowiła twarda skała, o zdolności trzymania ciśnienia.

Powietrze zgromadzone w podziemnym magazynie uwalniane jest i wykorzystywane w klasycznej turbinie gazowej. Dzięki użyciu sprężonego powietrza możliwa jest eliminacja sprężarki z obiegu turbiny i dzięki temu przekazanie praktycznie całej mocy mechanicznej na generator. Zasadę działania obrazuje rysunek 2.

Zasada działania systemu CAES

 

Schemat AA-CAES

Inna czystą odmianą systemu CAES jest AA-CAES (Advanced Adiabatic – Compressed Air Energy Storage). Różnica miedzy tymi systemami polega na tym, że w CAES sprężone powietrze przed wprowadzeniem do zbiornika jest ochładzane, a powtórne ogrzanie następuje dzięki spaleniu paliwa. Natomiast w systemie AA-CAES powietrze jest ochładzane, a ciepło pochodzące z tego procesu magazynuje się, dzięki czemu możliwa jest eliminacja turbiny gazowej, a tym samym redukcja emisji CO2. Schematycznie zasada działania AA-CAES przedstawia rysunek 3.

Na świecie istnieją już instalacje CAES, które z powodzeniem sprawdzają się jako magazyny energii. Przykładem takiej instalacji jest system zainstalowany w Niemczech wykorzystujący dwie byłe kopalnie soli.

ISEP (Iowa Stored Energy Park) zlokalizowany w USA, to kolejny przykład zastosowania systemu CAES. ISEP ma stać się magazynem dla energii produkowanej z farmy wiatrowej i prądu pochodzącego z nadwyżek produkcji. Przewiduje się że ISEP będzie wstanie zmagazynować 200 MW energii w tym 100 MW pochodzących z wiatru, którego potencjał w stanie Iowa jest dość znaczny, a pozostała energia będzie pochodzić z innych źródeł odnawialnych i prądu z okresu pozaszczytowego. Koniec realizacji projektu planuje się na rok 2011.

Iowa Stored Energy Park

 


Cały artykuł – GLOBEnergia 3/2007