Zapewnienie niezawodnego zaopatrzenia całego kraju w energię elektryczną w sytuacji, kiedy całość prądu wytwarzana jest ze źródeł odnawialnych, wymagać będzie w wielu przypadkach zasobników energii o łącznej pojemności liczonej w terawatogodzinach. Jedyna stosowana obecnie na szeroką skalę technologia magazynowania dużych ilości energii, czyli elektrownie szczytowo-pompowe, nie są w stanie (z wyjątkiem nielicznych krajów) takiego zapotrzebowania zaspokoić.

Magazynowanie energii sprężonego powietrza ( CAES) stosowane jest od kilkudziesięciu lat. Jego zasada działania jest prosta: kompresor zasiany tanim prądem, kiedy  sieci występuje jego nadpodaż, spręża powietrze, które gromadzone jest w podziemnych lub naziemnych zbiornikach. Podczas zwiększonego zapotrzebowania na energię elektryczną, powietrze jest uwalniane i rozprężając się, napędza turbiny wytwarzające prąd. Ta zasada działania przypomina mechanizm wykorzystywany w elektrowniach szczytowo-pompowych. Woda przepompowywana jest w nich ze zbiornika położonego niżej, do znajdującego się wyżej w wyniku czego energia elektryczna napędzająca pompę zamieniana jest na energię potencjalną wody. W przypadku technologii CAES energia magazynowana jest pod postacią energii potencjalnej skompresowanego powietrza.

Pierwszy zasobnik wykorzystujący sprężone powietrze został oddany do użytku w 1978 r. w Huntorf (Niemcy) w pobliżu elektrowni atomowej, obecnie już niedziałającej. Drugi powstał w 1991 roku w McIntosh (USA). W obydwu sprężone powietrze przechowywane jest w kawernach solnych. Niemiecki magazyn w dwóch jaskiniach ST w stanie pomieścić 30 000 m3 sprężonego powietrza. Jaskinie mają kształt cylindrów i znajdują się 650 do 800 metrów pod ziemią. Ich całkowite napełnienie zajmuje około 8 godzin. Moc nominalna tego magazynu wynosił pierwotnie 290 MW. Przed kilkoma laty została zwiększona do 321 MW. Moc ta może być dostarczana do sieci rzez 3 godziny. Zasobnik amerykański wykorzystuje jedną jaskinię, jednak o znacznie większej kubaturze wynoszącej 538 000 m3. Pojemność tego magazynu to 2 860 MWh. Jego moc nominalna to 110 MW, które mogą być oddawane do sieci w czasie do 26 godzin.

CAES: zalety technologii
Zalety magazynów CAES są oczywiste. W czasie, kiedy powstawały instalacje w Huntorf i w McIntosh, miały one za zadanie zamienić tanią energię elektryczną, z reguły produkowaną w weekendy przez elektrownię atomową lub konwencjonalną, na energię drogą, przedawaną w czasie największego popytu i , co za tym idzie, najwyższych cen. W obecnych czasach rola magazynów CAES postrzegana jest jako możliwość wykorzystania energii ze źródeł odnawialnych, najczęściej wiatrowej, w sytuacji nadpodaży, przyczyniając się tym samym do wygładzenia pików podażowych i zwiększenia przewidywalności dostaw do systemu. Zasobniki CAES są w stanie magazynować ogromne ilości energii, co ma niebagatelne znaczenie dla systemów o dużym udziale produkcji energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych. Istotny jest przy tym fakt, że znalezienie lokalizacji spełniających warunki do przechowywania sprężonego powietrza jest bez porównania łatwiejsze niż w przypadku lokalizacji elektrowni szczytowo-pompowych. Oprócz kawern solnych magazynami sprężonego powietrza mogą być twory geologiczne w wapieniu, piaskowcu i innych skałach. Nie muszą być to zresztą jaskinie naturalne. Jako zbiorniki mogą być wykorzystane wyeksploatowane kopalnie. Możliwe jest również zastosowanie zbiorników naziemnych, np. wysokociśnieniowych stalowych, aczkolwiek wtedy odbyłoby się to kosztem pojemności magazynu. Zwiększeniu ulega jednak spektrum możliwości zastosowania takich zasobników w generacji rozproszonej.

Źrodła:
• Agencja ds. Energii Odnawialnych (Niemcy), Magazynować energię elektryczną, Renews Spezial, wydanie 57/2012
• Niemiecka Agencja Energii (dena), Analiza konieczności budowy elektrowni szczytowo- pompowych i innych magazynow energii w celu integracji energii ze źrodeł odnawialnych, Berlin, luty 2010
• Norton Energy Storage, www.hydrodynamics-group.com
• RWE, www.rwe.com
• SustainX, www.sustainx.com

Barbara Adamska
ADM Poland

Dlaczego do dzisiaj istnieją tylko dwa tego typu magazyny energii?
Jak wyglądają prace nad tą technologii i jak kształtuje się przyszłość magazynowania energii w postaci sprężonego powietrza?

okladka 3 2014Odpowiedzi na te pytania  nr 3/2014.