A hosszútávú energiatárolás lehet az évtized nagy üzlete

A megújuló energia térnyerésével párhuzamosan egyre hangsúlyosabb szerep jut az energiatárolás kérdésének is, de amellett, hogy az iparágnak képesnek kell lennie a korábban elképzelhetetlen gyorsaságúnak tartott növekedésre, még az olyan újonnan jelentkező piaci igényekre is megoldást kell nyújtania, mint a hosszútávú energiatárolás.

Az akkumulátorok – függetlenül attól, hogy lítiumból, nátriumból, vagy cinkből készülnek – rövidtávú tárolási, illetve frekvenciaszabályozási feladatokat képesek ellátni, a hidrogén ezzel szemben az évszakokon átívelő, akár több hetes időszakok áthidalására alkalmas szezonális energiatárolás eszköze lehet.

A rövidtávú, és a szezonális energiatárolás közötti térben létezik egy harmadik kategória, amit hosszútávú energiatárolásnak neveznek, és nagyjából a fél naptól az egy hétig terjedő időintervallumok áthidalására képes megoldások tartoznak ide.

A hosszútávú energiatárolás feladatait ma túlnyomórészt szivattyús víztározók látják el, melyeknek nagy hátránya, hogy földrajzilag korlátozott az alkalmazhatóságuk. De ide tartozik még a hidrogén, a sűrített levegős, a folyékony szén-dioxidos, a hőtároláson alapuló, a gravitációs és a folyadékáramos energiatárolás, vagy a vas-levegő akkumulátorok, hogy csak a legfontosabb megoldásokat említsük.

Technikailag akkumulátorokkal is megoldható a több napon keresztül történő energiaellátás, csak nagyon sokba kerülne. Az akkumulátorok ugyanis a teljesítményre vannak kihegyezve, ezért nagyon jók arra, hogy a hálózat pillanatnyi ingadozásait villámgyorsan kiegyenlítsék, hosszabb távon viszont gazdaságossági okokból elvéreznek: a teljesítményük olcsón skálázható, a kapacitásuk viszont nem. A hosszútávú energiatárolási technológiák esetében a helyzet fordított: általában nem túl gyorsak, de olcsón skálázható a tárolási kapacitásuk.

Példaként vegyünk egy lítiumion-akkumulátort, amelynél a cellák kilowattóránként 80 dollárba kerülnek, és egy folyadékáramos akkumulátort, ahol az elektrolit kilowattóránként 20 dollárba kerül. A tárolási kapacitás bővítéséhez az előbbi esetében több cellára, az utóbbi esetében pedig nagyobb tartályra, és több elektrolitra lesz szükség. Ez a lítiumos akku esetében kilowattóránként 80 dollárba, a folyadékáramos akkumulátor esetében viszont csak 20 dollárba fog kerülni, így nem kérdés, hogy melyik technológia lesz az olcsóbb, amikor a hosszabb időszakok áthidalása a célunk. Ettől függetlenül a lítiumos akkumulátorokat sem kell leírni, hiszen ahol a gyors szabályozhatóság, vagy a nagy energiasűrűség számít, ott továbbra is nélkülözhetetlen lesz a technológia.

De ha ez így van, miért nem látunk több hosszútávú energiatárolási projektet?

Fundamentális oldalról megközelítve a kérdést azt kell mondanunk: egyelőre túl alacsony a megújuló energia aránya ahhoz, hogy tömeges piaci igény jelentkezzen a hosszabbtávú megoldásokra. Globálisan ma körülbelül 12-13 százalékon állnak az időjárásfüggő megújulók, ennyit pedig még könnyedén képes kezelni a hálózat a meglévő eszközökkel is. Mint ahogyan azt egy korábbi cikkünkben bemutattuk, még az átlagosnál jóval több napenergiát használó Kalifornia is képes akkumulátorokkal, és hagyományos erőművekkel, illetve export-importtal egyensúlyban tartani a hálózatát.

Éppen ezért, mivel egészen a közelmúltig nem létezett komolyan vehető kereslet a hosszútávú energiatárolás iránt, nem áramlott elegendő tőke a területre, ennek következtében a legtöbb technológia még közel sem olyan érett, mint a lítium akkus energiatárolás, ahol az elektromos autók által gerjesztett kereslet is segítette a fejlesztéseket.

Ezzel el is érkeztünk a harmadik fő okhoz, a lítiumos akkumulátorok ugyanis túl jók, és túl olcsók, így nehéz mellettük labdába rúgni azoknak alternatíváknak, amelyek egyelőre még a fejlődésük egy korábbi szakaszában járnak.

Haresh Kamath az Electric Power Research Institute igazgatója szerint ahogyan a lítiumion-akkumulátorok olcsóbbá válnak, egyre hosszabb időtávokon alkalmazzák őket a beruházók, akik egyébként is szeretnek a régi jól bevált receptúrához ragaszkodni.

„A lítiumion-akkumulátorok költségeinek csökkenése miatt arra számítok, hogy az órák száma növekedni fog. Úgy gondolom, hogy az évtized végére valószínűleg már költséghatékony akkumulátoraink lesznek egészen 24 óráig is.” – nyilatkozta Kamath az Energy Storage News kérdésére.

„Az az érzésem, hogy sok más javasolt energiatárolási rendszer egyelőre még sem az árát, sem az érettségét tekintve nem érte el a kitűzött célokat, így a következő évtizedben nehéz dolguk lesz a lítiumionnal való versenyben. Csak akkor tudnak igazán érvényesülni, ha képesek a lítiumionnál lényegesen hosszabb időtartamra megoldást kínálni. Ez nem lehet nyolc óra, a 20 vagy 50 órás távon kell versenyképesnek lenniük, ahol, ha egyszer elérjük ezeket a számokat, a lítiumion nagyon nehezen tud versenyre kelni velük a skálázás módja miatt.”

Az ESS vas redox folyadékáramos akkumulátora egy Kaliforniában épülő naperőműves projekt részét fogja képezni. Kép: ESS

A hosszútávú tárolással foglalkozó vállalatok nagyrészt egyetértenek Kamath szavaival. A vanádium redox folyadékáramos akkumulátorokban utazó Invinity ügyvezetője, Larry Zulch az Energy Storage News-nak elmondta, hogy az órákban való gondolkodás hamarosan meghaladottá válik – a hosszútávú tárolás napok, hetek vagy hónapokig tartó kitárolási ciklust jelent majd.

„Az emberek évtizedek óta mondják, hogy a folyadékáramos akkumulátor érdekes ötlet, de ha megnézzük, hogy mi történt valójában, akkor az a helyzet, hogy a világon a legtöbb hosszútávú energiatároló még mindig szivattyús vízerőmű, a lítiumion pedig a rövidtávú energiatárolás egyedurkalója, és lényegében minden mást kiszorított a piacról. A folyadékáramos akkumulátorok nem igazán jutottak túl a prototípusok demonstrációs szakaszán” – mondta el Alan Greenshield, a vas redox folyadékáramos akkumulátorokat fejlesztő ESS ügyvezetője egy londoni konferencián.

„Az ESS-t azért alapítottuk, mert bár a vanádium nagyon jól működik, drága anyag, ezért helyette inkább olyan kémiát kerestünk, ami olcsóbb anyagokat használ, így esett a választásunk a vasra. Az első rendszereink még alacsony élettartammal küzdöttek, ám a kutatásaink során sikeresen azonosítottuk, hogy mi okozza ezt a problémát, és megtaláltuk rá az ellenszert. Így most olyan termékünk van, amelyek gyakorlatilag korlátlan ideig működnek, bár mi 20.000 ciklust mondunk, mert semmi sem tart örökké” – tette hozzá Grienshield.

De a sűrített levegős energiatárolás területén is jól számszerűsíthető előrelépés történt a hatékonyság területén. Míg korábban 40% körüli hatásfok elérése volt a reális egy ciklus során, ma már a veszteséghő eltárolásának és újrafelhasználásának köszönhetően ez felment 65-70%-ra.

Egy továbbfejlesztett, magas hatásfokkal bíró sűrített levegős energiatároló működésének sematikus rajza. Kép: Hydrostor

Az elmúlt években komoly fejlődésen ment át a hosszútávú energiatárolás, olyannyira, hogy az úttörő technológiákat előszeretettel felkaroló Kalifornia a következő években 20 új projekt megvalósítását támogatja egy 380 millió dolláros keretből.

A megújuló energia arányának további növekedése minden bizonnyal meg fogja teremteni a széleskörű igényt a hosszabb működési idejű energiatárolók iránt, amelyek lassan, de biztosan kezdenek felnőni a feladathoz. A lítiumion-akkumulátorok gyártása mindössze egyetlen évtized alatt jutott el odáig, hogy egy viszonylag csekély mérettel és jelentősséggel bíró iparágból mára egy hatalmasra nőtt, stratégiai fontosságú területévé váljon a gazdaságnak. A magam részéről én arra számítok, hogy a következő 10-15 évben hasonló pályát fog befutni a hosszútávú energiatárolás is.

Már gigawattórás kapacitással épülnek a sűrített levegős energiatárolók

Címlapkép: Energy Vault

dr. Papp László (Sol Invictus)

Technológiai elemző, és a Villanyautosok.hu csapatának megújuló energiákkal, energiatárolással, illetve piaci trendekkel foglalkozó szakértője. Célja, hogy minél többek számára tegye egyértelművé, hogy a fenntartható jövő gazdaságilag is a legracionálisabb választás.