Badacze porównują – magazyny na sprężone powietrze CAES, czy akumulatory kwasowo-ołowiowe?

Badacze ze Zjednoczonych Emiratów Arabskich (ZEA) porównali wydajności magazynów energii na sprężone powietrze CAES i akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Oba rozwiązania porównano pod względem wolumetrycznej gęstości energii, kosztów inwestycyjnych i okresu zwrotu z inwestycji. Jak obie technologie wypadły w testach?

Zdjęcie autora: Redakcja GLOBEnergia
Zdjęcie autora: Redakcja GLOBEnergia

Redakcja GLOBEnergia

Podziel się

Naukowcy z Uniwersytetu w Sharjah w ZEA sprawdzili zdolność magazynowania energii magazynów na sprężone powietrze CAES oraz akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Naukowcy porównali potencjał tych dwóch technologii. Na podstawie badania naukowcy stwierdzili, że magazyny sprężonego powietrza CAES w niektórych aspektach posiadają liczne przewagi w porównaniu z elektrochemicznymi magazynami energii. Przede wszystkim koncepcja magazynu na sprężone powietrze CAES może działać w każdej lokalizacji. Akumulatory kwasowo-ołowiowe ogranicza m.in. temperatura otoczenia - ich trwałość spada wraz ze wzrostem temperatury ponad temperaturę optymalną. W przypadku CAES koniecznej jest jedynie zbudowanie podziemnych zbiorników, w których przechowywane jest powietrze.

Magazyny na sprężone powietrze CAES vs akumulatory kwasowo- ołowiowe

Badanie naukowców z Uniwersytetu Sharjah wykazało, że technologia magazynowania energii pod postacią sprężonego powietrza charakteryzuje się 5,5 raza niższymi kosztami inwestycyjnymi. Badacze wskazują, że okres zwrotu tej technologii magazynowania wynosi maksymalnie dwa lata.

Jak wyglądał eksperyment?

W przeprowadzonym eksperymencie grupa badawcza porównała magazyn CAES (działający jako generator prądotwórczy AC) oraz akumulator 12V o pojemności 70 Ah firmy Incoe Corporation. System CAES był podłączany do różnych obciążeń przez panel elektryczny. Akumulator kwasowo-ołowiowy podłączono za pomocą falownika o mocy 600 W do tego samego obciążenia.

Stanowisko badawcze.Źródło: Uniwersytet w Sharjah (ZEA).
Stanowisko badawcze.
Źródło: Uniwersytet w Sharjah (ZEA).

Metodologia

Wydajności badanych technologii magazynowania mierzono pod względem energii zmagazynowanej przeliczanej na metr sześcienny. Porównano także koszty inwestycyjne i okres zwrotu.

“Oceniając wydajność systemów zastosowano trzy obciążenia - wentylator o mocy 6 W, lampę o mocy 100 W oraz wiertarkę o mocy 250 W. Technologie sprawdzono również w warunkach bez obciążenia, aby określić pełną wydajność systemu i porównać ją z teoretycznymi obliczeniami w zakresie napięcia i czasu rozładowania.” - komentują naukowcy z Uniwersytetu w Sharjah (ZEA).

Moc wyjściowa, moc maksymalna, sprawność

Zgodnie z obliczeniami naukowców z ZEA, teoretyczna maksymalna moc wyjściowa systemu CAES, przy ciśnieniu 12 barów, powinna wynosić 48 W. Jego teoretyczna sprawność w obie strony została oszacowana na 86,6 proc. Doświadczalna maksymalna moc wyjściowa systemu była jednak o 27 proc. niższa i wynosiła 35 W, a doświadczalna sprawność w obie strony wynosiła około 60 proc. Naukowcy zaobserwowali, że akumulator zapewniał ciągłą pracę przez około 50 minut, po czym moc przesyłana do falownika okazywała się niewystarczająca i obciążenia były odłączane.

Opłacalność magazynu CAES

W swoim porównaniu kosztów badacze wzięli pod uwagę układ CAES o mocy 3,5 kW i pojemności 840 kWh oraz akumulator kwasowo-ołowiowy o pojemności 1400 kWh podłączony do inwertera akumulatorowego o mocy 3,5 kW. Koszty akumulatora i falownika wyniosły 130 307 USD, natomiast systemu na sprężone powietrze CAES określono na 23 780 USD.

Przybliżając szacunki wyników badania, próg rentowności z systemem przechowywania baterii może być osiągnięty w ciągu 3-5 lat. Jest to uzależnione od cykli ładowania-rozładowania wymaganych od baterii i bez uwzględnienia dodatkowych kosztów.

Pojemność CAES jest wyłącznie funkcją pojemności zbiorników magazynowych i dostępnej dla nich przestrzeni. Przestrzeń zajmowana przez system CAES jest minimalna i nie wymaga dodatkowego systemu chłodzenia. Okres zwrotu z inwestycji CAES określono na 1-2 lat, czyli aż 2-4 lata mniej niż w przypadku akumulatorów kwasowo-ołowiowych.

Sprężone powietrze - zastosowanie

Systemy CAES mogą być kompatybilne z farmami PV off-grid. Zbiorniki na sprężone powietrze można umieszczać pod ziemią. Ponadto, system może zasilać ładowarki EV w lokalizacjach off-grid.

Zespół badawczy zastanawia się obecnie w jaki sposób przybliżyć proponowaną technologię magazynowania do produkcji komercyjnej. Badania pokazały, że technologia CAES ma potencjał i może stanowić kolejną komercyjną technologię z zakresu magazynowania energii.

Źródło: pv-magazine.

Zobacz również