Középméretű (midi) sűrített levegős energiatárolók
(2028 január)
A víz-befecskendezéses sűrített levegős energiatárolók (I-CAES – Isothermal Compressed Air Energy Storage) energiamérlege lényegesen kedvezőbb a hagyományos rendszerekénél: az Air4NRG egy EU által finanszírozott projekt, amely egy 200 kW-os, konténerbe építhető, és 70% feletti hatásfokú midi prototípus. Az újabb kutatások a két- vagy többlépcsős befecskendezéses egységekkel kísérleteznek a teljesítmény növelése érdekében. A technológia előnye a telepítési rugalmasság, mivel – a földalatti tározókra támaszkodó rendszerekkel szemben – a felszíni, konténeres nyomástartó edények miatt bárhová telepíthetőek.
Az adatközpontok és a mesterséges intelligencia új energiaigény-robbanást indítottak el, már ma (2026) is a globális áramfelhasználás 1,5 százalékát adják, és a fogyasztást nem zöldíti az átállás, a fogyasztás gyors növekedése miatt. A keresleti oldali beavatkozások, a „finomhangolások” ma már a rendszer működőképességének alapfeltételei lettek. A "hangolások" lehetnek akkumlátortelepek, hagyományos szivattyús-tározós vízerőművek és sűrített levegős energiatárolók. Létezik nagynyomású, rugalmas, tenger alatti vízzel töltött tömlő változat is. A földalatti sűrített levegős energiatárolás mellett léteznek kis- és középméretű sűrített levegős energiatároló rendszerek is, a háztartási változatok gazdasági okokból nem fognak elterjedni. A technológia: a felesleges villamos-, napenergiával egy kompresszor levegőt sűrítenek egy nagynyomású tartályba, és amikor energiára van szükség, a kiáramló levegő meghajt egy generátort. Míg a nagyüzemi rendszerek hatásfoka (hővisszanyeréssel) magas, ≈ 70% felett van, a kisméretű (pl. háztartási) rendszereké alacsony, mert egy átlagos európai háztartás napi igényét egy kb. 0,55 m³-es és nagy nyomású (200 bar) tartály képes kiszolgálni, ami méretében összevethető az akkumulátorokkal, de ≈ 40%-os hatásfokkal.
Ha a "kis méretű" megnevezés a bányaaknákat használó rendszerekhez képest értendő, akkor a midi rendszerek gazdaságosak és zöldek is. A sűrítés több lépcsőben is elvégezhető, ezért a fejlesztők egy normál és egy nagynyomású konténer változatban gondolkodnak. A sűrített levegős energiatárolás fizikai mérete függ a tárolni kívánt energia mennyiségétől (kWh vagy MWh) és a levegő nyomásától (bar). Ipari vagy műhelyi környezetben a sűrített levegő tárolására használt puffertartályok mérete szabványos, néhány száz literes űrtartalomig érhetőek el, a méretek a háztartásokban használt vízmelegítő bojlerektől a nagyobb ipari tartályokig terjedhetnek. A "gazdaságos" jelleg a sűrített levegős tárolás esetében a hosszú élettartamra (20-30 év) és az akkumulátorokénál alacsonyabb fajlagos költségekre (Ft/kWh) utal, a gazdaságos működtetéshez optimalizált csőméretek és a hőszigetelés gazdaságos vastagsága is hozzájárul. A kompresszor működése közben keletkező hőmennyiséget hőcserélőkön keresztül technológiai melegvíz készítésére, fűtésre, hűtésre is használják, ami olyan ipari környezetben fordul elő, ahol folyamatos és jelentős igény mutatkozik mindhárom energiatípusra, (például az élelmiszeriparban hűtőházakban, a vegyiparban vagy kórházakban, és ekkor meghaladják a 80%-os hatásfokot.)
A mini-méretű rendszerek azért nem terjednek el, mert a sűrítéskor keletkező hőt nehéz hatékonyan visszanyerni. Ugyanakkora energiamennyiség tárolásához a sűrített levegőnek jóval nagyobb hely kell, mint egy akkumulátornak, vagy nagy nyomást kell alkalmazni. A mozgó alkatrészek (dugattyúk, szelepek) szervizelést igényelnek (mint a Diesel-motoroknál), szemben a gondozásmentes, de rövidebb élettartamú szilárdtest-akkumulátorokkal.
Nagy földalatti tároló felszíni egységei
Jelenleg a gazdaságos technológia az ipari (földalatti tározók) és közösségi (midi, ≈200kW-os) méret határán mozog, várhatóan a nagyobb társasházi méret alá nem fog csökkenni. Hatásfok, gazdaságosság: a sűrített levegős energiatárolók hatásfoka változik a technológiától függően, a hagyományos, a hővisszanyerés nélküli rendszerek mintegy 40% körüli hatásfokkal működnek, a modern, adiabatikus (A-CAES) rendszerek 70-85% ot érhetnek el. A hatásfok azon múlik, hogy a levegő sűrítésekor keletkező hőmennyiséget csökkentjük-e, pl. vízbefecskendezéssel, (izotermikus rendszerek) és hasznosítjuk-e, vissza tudjuk-e nyerni az hőenergiát a turbinánál.
Adiabatikus rendszerek akkor 70–85% hatásfokúak, ha a sűrítéskor keletkező hőt egy hőtároló rendszerbe vezetik, és az expanzió során újrahasznosítják, így nincs szükség külső fűtésre és magasabb a hatásfok. A modern rendszerek hatásfoka megközelíti a hagyományos szivattyús-tározós vízerőművekét (ami ≈70-85%), de elmarad a lítium-ion akkumulátorok ~85-90%-os hatásfokától. A sűrített levegős tárolás kétségtelen előnyei: a rendkívül hosszú élettartam és az alacsonyabb fajlagos tárolási költség (Ft/kWh), hosszabb tárolási időszakok esetén. Hőtároló közegek: a hőt speciális tárolókban tartják vissza, ahol gyakran kerámiát, betont, természetes kőzeteket, vagy folyadék alapú megoldásokat, például hőálló olajat, vizet, parafint vagy olvadt sót használnak. Az olvadó sók kis helyen több energiát tárolnak a halmazállapot-változás révén.
Izotermikus rendszerek, a legújabb fejlesztési irány, amelynél a sűrítés és tágulás során a levegő hőmérsékletét állandó szinten tartják.
Pl.: vizet permeteznek a sűrítő kamrába, amely elnyeli a hőt, vagy hőcserélőkkel folyamatosan elvezetik/ később hozzáadják a hőt. Minimális a termikus veszteség, és nincs szükség külön nagy hőtároló egységekre. A víz-befecskendezéses sűrített levegős energiatárolók (I-CAES – Isothermal Compressed Air Energy Storage) energiamérlege lényegesen kedvezőbb a hagyományos rendszerekénél, mert a víz nagy hőkapacitásával minimalizálják a sűrítés közbeni hőmérséklet-emelkedést. Sűrítési munka csökkentése: a vízpermet elnyeli a kompressziós hő egy részétt, így a folyamat közelít az ideális izotermikus állapothoz, ami 20-30%-kal kevesebb bevezetett elektromos energiát igényel ugyanazon nyomásszint eléréséhez, mint a hűtés nélküli sűrítés. A rendsszer sűrítő bonyolultsága egy Diesel motornak megfelelő. A víz által felvett hőt a rendszer tárolja, majd a tágítási (expanziós) fázisban visszajuttatja a rendszerbe, ami megakadályozza a levegő erős lehűlését, és nincs fagyásveszély, nincs szükség külső földgázégetésre a turbinák előtt.
Az energiamérleget befolyásoló tényező a víz-levegő tömegarány: ha finomabb a vízpermet (kisebb cseppméret, pl. 20–50 μm), hatékonyabb a hőátadás és magasabb az izotermikus hatásfok (92-98%). A technológia legnagyobb előnye, hogy üzemanyag égetése nélkül képes a szivattyús víztározókhoz mérhető hatékonyságra. Segédenergia-igény: a nagynyomású vízbefecskendezők működtetése és a fúvókák ellenállása kismértékben rontja a mérleget, de ezt a sűrítési munka nyeresége kompenzálja.
Az energiamérleget befolyásoló tényező a víz-levegő tömegarány: ha finomabb a vízpermet (kisebb cseppméret, pl. 20–50 μm), hatékonyabb a hőátadás és magasabb az izotermikus hatásfok (92-98%). A technológia legnagyobb előnye, hogy üzemanyag égetése nélkül képes a szivattyús víztározókhoz mérhető hatékonyságra. Segédenergia-igény: a nagynyomású vízbefecskendezők működtetése és a fúvókák ellenállása kismértékben rontja a mérleget, de ezt a sűrítési munka nyeresége kompenzálja.
A többlépcsős levegő sűrítéses energiatárolásnál a levegőt több egymást követő kompresszor-fokozaton vezetik át, és minden lépcső után visszahűtőket alkalmaznak, ami csökkenti a sűrítéshez szükséges munkát és a levegő térfogatát. A sűrített levegőt általában földalatti tározókban (például sósziklákban) vagy tartályokban tárolják. Az energiatermelés során a levegő több fokozatú turbinákon halad át. A lépcsők közötti ismételt melegítés megakadályozza a turbinák jegesedését és növeli a kimeneti teljesítményt. A hosszú élettartamú, nagy tárolási kapacitású (gigawattórás nagyságrendben) rendszer, alacsonyabb fajlagos költségű az akkumulátorokhoz viszonyítva.