Chińczycy zmagazynują energię w balonach. Jakie są zalety tej technologii?

Do chińskiej sieci elektroenergetycznej podłączono nietypowy magazyn energii. Energia będzie w nim przechowywana dzięki sprężaniu i skraplaniu dwutlenku węgla. Jakie są zalety i wady tej technologi? 

Magazynowanie energii w postaci sprężonego dwutlenku węgla (CO₂) to jeden z potencjalnych sposobów rozwiązania jednego z największych problemów współczesnych systemów elektroenergetycznych: braku efektywnych energetycznie i ekonomicznie technologii, które pozwalałyby przechowywać duże ilości energii przez dłuższy czas. Taką rolę od dawna pełnią co prawda elektrownie szczytowo-pompowe, ale możliwości ich budowy są mocno ograniczone.

Potrzeba znalezienia skutecznych rozwiązań do długoterminowego magazynowania energii rośnie wraz ze wzrostem znaczenia niesterowalnych źródeł energii. Przy sprzyjającej pogodzie elektrownie wiatrowe i słoneczne często produkują więcej energii niż na bieżąco potrzebuje system energetyczny. Takie nadwyżki energii można przechować na okresy, gdy energii brakuje. W cyklu dobowym świetnie sprawdzają się w tej roli akumulatorowe magazyny energii. Nie nadają się one jednak do przechowywania dużych ilości energii przez dłuższy czas. Wyzwaniem w długoterminowym przechowywaniu energii jest opłacalność magazynów, nie tylko bateryjnych – gdy rzadziej się ładują i rozładowują, generują niższe przychody.

REKLAMA

REKLAMA

Jednym z rozwiązań, które dają szansę na długoterminowe i tanie magazynowanie energii, jest gromadzenie nadwyżek energii elektrycznej w postaci sprężonego dwutlenku węgla. Zamiast reakcji chemicznych, jak w bateriach litowo-jonowych, technologia ta wykorzystuje przemiany termodynamiczne dwutlenku węgla: sprężanie, skraplanie i rozprężanie.

W spoczynku gazowy dwutlenek węgla jest przechowywany pod ciśnieniem atmosferycznym w dużym, elastycznym zbiorniku przypominającym kopułę lub balon. Gdy w sieci jest nadmiar taniej energii, np. z fotowoltaiki w południe, zasilana prądem sprężarka spręża dwutlenek węgla. Ciepło powstające przy sprężaniu jest gromadzone w magazynie ciepła, a schłodzony dwutlenek węgla przechodzi w stan ciekły i trafia do stalowych zbiorników ciśnieniowych. Sprężony CO₂ zajmuje znacznie mniej miejsca niż sprężone powietrze, wykorzystywane w alternatywnej metodzie długoterminowego magazynowania nadwyżek energii.

Gdy zapotrzebowanie na prąd rośnie, ciekły dwutlenek węgla odparowuje, zostaje podgrzany zmagazynowanym wcześniej ciepłem i napędza turbinę z generatorem. Rozprężony gaz wraca do kopuły, a cykl można powtórzyć.

Zalety magazynów na sprężony dwutlenek węgla

Czy ta technologia może znaleźć szersze zastosowanie? Z pewnością ma jedną przewagę nad innymi technologiami długoterminowego magazynowania energii – zarówno stosowanymi od dawna, jak elektrownie szczytowo-pompowe, jak i rozwijanymi dopiero na większą skalę, jak magazynowanie sprężonego powietrza w podziemnych kawernach skalnych: nie wymaga szczególnych warunków terenowych ani geologicznych.

Wśród zalet tej technologii jej twórcy wymieniają też stosunkowo wysoką gęstość energii, bezpieczeństwo, brak zanieczyszczeń i stosunkowo niski koszt magazynowania energii.

Do zalet można zaliczyć również brak degradacji parametrów magazynu. Baterie litowo-jonowe tracą pojemność z każdym cyklem ładowania i rozładowania – tej wady nie mają instalacje przechowujące energię w postaci sprężonego CO₂.

REKLAMA

REKLAMA

REKLAMA

Bezpieczne łańcuchy dostaw

Technologia magazynowania energii w postaci sprężonego CO₂ wykorzystuje przede wszystkim gotowe, dostępne na rynku komponenty: sprężarki, turbiny, wymienniki ciepła i zbiorniki. Magazyn składa się głównie ze stali, wody i dwutlenku węgla. Oznacza to, że ta technologia nie jest uzależniona od dostaw surowców, których dostępność i ceny mogą się zmieniać, jak w przypadku baterii litowo-jonowych.

Kolejną zaletą jest bezpieczeństwo. Brak elektrolitu i ogniw litowo-jonowych, jakie mają tradycyjne baterie, oznacza mniejsze ryzyko pożaru. Tego typu instalacje wymagają jednak dodatkowych zabezpieczeń na wypadek wycieku CO₂, bo jego wysokie stężenie jest niebezpieczne dla ludzi.

Zaletą mają być także niższe koszty. Jedna z firm rozwijających tę technologię, włoska Energy Dome, podaje, że jej rozwiązanie jest o ok. 10–15 proc. tańsze od baterii litowo-jonowych w przypadku systemu 8-godzinnego, a przy dłuższym czasie pracy przewaga kosztowa rośnie.

Jakie są wady?

Przede wszystkim to wciąż technologia niesprawdzona w długim okresie pracy, więc długa żywotność, w dodatku bez utraty sprawności, pozostaje na razie w sferze deklaracji. Dotychczas zrealizowane projekty mają w większości charakter demonstracyjny, a pierwsza komercyjna instalacja Energy Dome działa na Sardynii dopiero od 2025 r.

Kolejnym minusem jest zapotrzebowanie na duży teren. Tego typu instalacja potrzebuje wielokrotnie więcej miejsca niż magazyn bateryjny o podobnej pojemności. Wadą jest też niższa sprawność. Z dostępnych informacji wynika, że wynosi ona około 70 proc.

Magazynów wykorzystujących sprężony CO₂ nie można też używać do najszybszych usług regulacyjnych. Tu dużą przewagę mają magazyny bateryjne, które reagują na polecenia operatorów sieci nawet w ułamku sekundy.

Chińczycy uruchamiają magazyn energii w skali gigawatogodzin

Największy na świecie magazyn energii bazujący na sprężonym dwutlenku węgla powstał właśnie w Chinach, w regionie Sinciang w północno-zachodniej części kraju. Inwestycję zrealizowała firma China Huadian. Instalacja jest częścią szerszego projektu energetycznego, na który składają się również farmy wiatrowe o mocy 600 MW oraz elektrownie fotowoltaiczne o mocy 400 MW.

Moc magazynu energii w Sinciang wynosi 100 MW, a jego pojemność to 1000 MWh. Instalacja została przyłączona do lokalnej sieci elektroenergetycznej. Magazyn zaprojektowano tak, aby dostarczał do sieci około 200 GWh energii elektrycznej rocznie.

W okresach niskiego zapotrzebowania na energię i jej wysokiej podaży instalacja spręża dwutlenek węgla do stanu ciekłego, magazynując energię, a w okresach szczytowego zapotrzebowania ponownie rozpręża go do postaci gazu, który napędza turbiny wytwarzające prąd. W ten sposób inwestycja wspiera lokalny system energetyczny, w którym coraz większą rolę odgrywają niesterowalne elektrownie wiatrowe i fotowoltaiczne.