CAES

CAES (ang. Compressed Air Energy Storage) – magazynowanie energii za pomocą sprężonego powietrza, stosowane jako alternatywa dla elektrowni szczytowo-pompowych.

Energia elektryczna o niskim koszcie, dostępna w nocy i w weekendy, wykorzystywana jest do sprężania powietrza do około 70 atmosfer w wielkich podziemnych jaskiniach (np. opuszczone kopalnie). W szczycie zapotrzebowania na energię elektryczną, powietrze jest pobierane z takiego magazynu i wykorzystywane do napędzania turbin. Problemem w tym rozwiązaniu są zmiany temperatury.

Termodynamika procesu

Podczas kompresji powietrze się ogrzewa, a podczas dekompresji ochładza. Istnieją trzy podstawowe rozwiązania tego problemu

  • proces adiabatyczny – w którym ciepło powstałe przy kompresji jest przechowywane i wykorzystywane przy dekompresji. Oznacza to, że zbiorniki do przechowywania powietrza muszą być izolowane termicznie, co znacznie podnosi koszty. Teoretycznie można odzyskać w ten sposób ponad 70% energii, ale dotychczas nie powstały instalacje wykorzystujące taki proces na dużą skalę.
  • proces diabatyczny – w którym ciepło jest tracone, a w momencie rozprężania powietrze jest ogrzewane za pomocą innego źródła energii. Taki proces jest mało efektywny energetycznie (odzyskiwane jest do 30% energii), ale można zwiększyć jego efektywność do 70% wykorzystując ciepło odpadowe z tradycyjnej elektrowni. Istnieją duże instalacje wykorzystujące taki proces, przykładowo elektrownia McIntosh w USA, o mocy 710 MW[1].
  • proces izotermiczny – w którym ciepło jest oddawane do otoczenia, a rozprężane powietrze pobiera ciepło z otoczenia. Taki proces może być równie efektywny co adiabatyczny i najprostszy w budowie, ale ze względu na konieczność pobierania ciepła z otoczenia nie może generować dużej mocy.

Rozwiązania techniczne

W klasycznych rozwiązaniach opartych o proces diabatyczny pobierane z magazynu powietrze jest wykorzystywane w klasycznej turbinie gazowej – ogrzewane w komorze spalania, a następnie wykorzystywane do napędu turbiny. Zgromadzenie sprężonego powietrza umożliwia eliminację w obiegu turbiny sprężarki powietrza wlotowego, która zużywa ok. 60% energii mechanicznej produkowanej przez turbinę. W ten sposób prawie cała energia mechaniczna turbiny jest używana do napędu generatora elektrycznego. [2]

Występują także rozwiązania nie wymagające dostarczania dodatkowej energii cieplnej – zarówno oparte na ogrzaniu rozprężanego powietrza ciepłem otoczenia (proces izotermiczny), jak również wykorzystujące ciepło zakumulowane w trakcie ładowania magazynu energii (proces adiabatyczny). [3]

Zobacz też

Przypisy

  1. ↑ McIntosh Power Plant (ang.). [dostęp 2014-09-30]. [zarchiwizowane z tego adresu (2014-10-06)].
  2. ↑ Magazynowanie energii elektrycznej przy użyciu sprężonego powietrza (pol.). [zarchiwizowane z tego adresu].
  3. ↑ RWE Power: ADELE - Adiabatic compressed-air energy storage (CAES) for electricity supply (ang.). [dostęp 2020-08-07].