Megújuló energia tárolása esős, szélmentes napokon

A nap erejének hasznosítása napelemekkel és a szélenergia hasznosítása szélturbinákkal a megújuló energia előállításának két általános módja. De a nap nem mindig süt, és a szél sem mindig fúj, amikor áramot akarunk, és néha többletenergiát termelnek, amikor alacsony a fogyasztás.

A megújuló forrásokból történő energiatermelés során keletkezett felesleges energia tárolásának sokféle módja van, és folyamatosan új tárolási technikákat fejlesztenek és finomítanak a tudósok és mérnökök. Íme néhány, a legjobb és legígéretesebb módszer a megújuló energia tárolására.

1. Elem (akkumulátor)

Az akkumulátor valószínűleg a legismertebb energiatárolási módszer. Az emberek akkumulátorokat használnak mindenféle elektromos eszközben, az okostelefonoktól az autókig. A washingtoni Environmental and Energy Study Institute, non-profit (fenntartható energiát népszerűsítő) szervezet szerint a legnépszerűbbek a lítium-ion akkumulátorok, amelyeket kis eszközökben használnak, és a globális villamosenergia-hálózat akkumulátorának több mint 90%-át teszik ki.

Fotó: pixabay.com

Az akkumulátor negatív vége egy anódnak nevezett elektródához, a pozitív vége pedig egy katódnak nevezett elektródához csatlakozik. Az elektrolit, az akkumulátor belsejében elektromosan töltött ionokból álló folyékony anyag, az elektródák anyagával egyesülve kémiai reakciót hoz létre, amelynek végterméke az elektromos áram.

Az elektrolit pozitív töltésű lítium-ionokat szállít az anódról a katódra, hogy energiával lásson el valamit, illetve az irány megfordul, amikor az akkumulátort töltik, ami megújuló energia felhasználásával valósítható meg.

A lítium-ion akkumulátoroknak azonban van némi hátránya. A Washingtoni Egyetem Tiszta Energia Intézete szerint például kevésbé hatékonyak, és idővel nagyobb a valószínűsége, hogy meghibásodnak. A nagyüzemi előállításuk is költséges, az előállításukhoz szükséges nyersanyagok kitermelése pedig negatív környezeti hatással jár. A legtöbb más energiatárolási módszerhez hasonlóan az akkumulátorok sem tartják meg az összes beléjük helyezett energiát; 85-95%-os hatásfokkal rendelkeznek az Energia Világtanács, a fenntartható energiát népszerűsítő vezető energiahálózat 2020-as jelentése szerint.

2. Vízszivattyús energiatárolás

A vízszivattyús energia-tárolás vagy a szivattyús tárolós vízerőmű két víztározót használ az elektromos energia tárolására. A többlet energiát arra használják fel, hogy egy alacsonyabb tartályból a magasabb tartályba pumpálják a vizet. Ezután, amikor szükség van elektromos áramra, a magasabb tározóban lévő vizet leengedik, hogy az áramot termelő turbinákon keresztül visszafolyhasson az alsó tározóba. A víz felpumpálásához felhasznált energia teljes mennyisége nem nyerhető vissza, amikor kiengedik. Az Energia Világtanács 2020-as jelentése szerint a vízenergia-tárolás hatásfoka körülbelül 75–85 százalék.

Fotó: Wikimedia / Kruonis Szivattyús Tároló

Az Environmental and Energy Study Institute szerint a világ legnagyobb szivattyús vízi tárolója Virginiában található, és mintegy 750 000 otthont lát el árammal. A szivattyús vízenergia-tároló rendszereket jellemzően folyókba vagy azok közelébe építik be a vízenergia-termelés mellett. Használhatók azonban óceánokból származó tengervíz felhasználásával is. Egy vízszivattyús energiatároló rendszer a japán Okinawa-szigeten húzza ki a tengervizet az óceánból, és egy csővezetéken keresztül húzza fel a dombra. A skóciai Strathclyde Egyetem szerint a rendszer ezután a vizet a csövön keresztül visszaengedi, hogy turbinákat hajtson meg és áramot termeljen.

3. Hőszivattyús energiatárolás

A hőszivattyús energiatárolás azt jelenti, hogy a megújuló forrásokból előállított villamos energiát kavics vagy más hővisszatartó anyag melegítésére használják egy szigetelt tartályban. Ezt a hőt aztán szükség esetén elektromos áram előállítására lehet felhasználni Antoine Koen, a hőszivattyús energiatárolás doktoranduszának és Pau Farres Antuneznek, az energiatárolás kutatójának 2020-ban The Conversation-ben cikke szerint. Mindketten a Cambridge-i Egyetemen dolgoznak Angliában.

Fotó: pixabay.com

A módszer könnyen hozzáférhető anyagokat, például kavicsot használ, így szinte bárhol felállítható. A Renewable and Sustainable Energy Reviews folyóiratban megjelent 2017-es tanulmány szerint a hőszivattyús energiatárolás várható hatásfoka 50% és 70% között van. Ez a technológia még mindig fejlesztés alatt áll. A Frontiers in Energy Research folyóiratban 2020-ban megjelent tanulmány szerint az angliai Newcastle Egyetem első demonstrációs szivattyús hőenergia-tárolója 65%-os hatékonyságot mutatott 2019-ben.

4. Gravitációs energia tárolása

A Gravitricity nevű brit cég olyan technológiát fejlesztett, amellyel a gravitációt teljes mértékben kihasználhatja. A módszer elektromos energiát használ fel a csörlőn lévő súlyok emelésére, amelyeket később eleresztenek, így megfordítva az irányt áramot fejlesztenek, visszanyerve az emeléshez felhasznált energia nagy részét. Ezt a berendezést használaton kívüli bányaaknákba lehet építeni, hogy körülbelül 12 000 tonnát leereszthessenek egy több mint 800 méter mélységű aknába (The Guardian 2019. a Gravitricity honlapja szerint). Egy másik gravitációs alapú rendszer a felesleges energiát arra használja fel, hogy vonat szerelvényeket húz fel egy lejtőn, amiket legurítva szabadítják fel a tárolt energiát (Live Science). Az Advanced Rail Energy Storage (ARES) nevű cég fejleszti az egyik ilyen rendszert Nevadában az ARES webhelye szerint.

5. Sűrített levegős energiatárolás

A sűrített levegős energiatároló rendszerek levegőt pumpálnak egy földalatti kamrába, hogy növeljék a nyomást, amit igény szerint felszabadíthatnak a gázturbinák táplálására. Több energia keletkezik, ha az üzem a nagynyomású levegőben földgázt éget el, de ez szén-dioxid-kibocsátással jár. Ennek a rendszernek a hatékonysága 70% és 89% között lehet az Energia Világtanács 2020-as jelentése szerint. Legalább két működő sűrítettlevegő-energiatároló van. A Renewable and Sustainable Energy Reviews folyóiratban megjelent 2021-es tanulmány szerint az első létesítményt 1978-ban hozták létre a németországi Huntorfban, a második pedig Alabamában 1991 óta működik.

Fotó: pxhere.com

6. Hidrogén tárolása

A hidrogént kémiai energiatárolási formaként használják. Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma szerint az elektromosságot hidrogénné alakítják az elektrolízis során, amely a vizet hidrogén- és oxigénelemekre bontja. A hidrogén ezután tárolható és tüzelőanyagként felhasználható elektromos áram előállítására. A hidrogént hidrogénüzemű járművek meghajtására is fel lehet használni, hogy csökkentsék a közlekedésből származó üvegházhatású gázok kibocsátását. Az Energia Világtanács 2020-as jelentése szerint a hidrogén felhasználása az energia tárolására 35-55%-os hatékonysággal jár. A hidrogén üzemanyagcellák költségesek, mivel drága fémeket, például platinát igényelnek. Az Environmental and Energy Study Institute szerint azonban kritikus létesítmények, például távközlési relék és hitelkártya-feldolgozás tápellátására és biztonsági mentésére használják őket.

agrotrend.hu / LiveScience