Energiatárolás

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

Az energiatárolás olyan eljárás, amelynek során az energia valamilyen fajtáját felhalmozzák annak érdekében, hogy egy későbbi időben hasznos munkavégzésre lehessen fordítani. Az energiatároló eszközt egyes esetekben akkumulátornak nevezik. Az energia minden formája vagy potenciális energia (például kémiai, gravitációs vagy elektromos energia) vagy kinetikus energia (például a hőenergia). Az ébresztőóra potenciális energiát tárol (ebben az esetben a rugó megfeszítéséből származó mechanikai energiát), a galvánelem villamosenergiává átalakítható kémiai energiát tárol, mely például a számítógép belső óráját képessé teszi arra, hogy akkor is járjon, ha a számítógép le van kapcsolva a villamos hálózatról. A vízerőmű gátja a víztározóban felgyűlt víz potenciális energiáját tárolja olyan esetre is, amikor a folyó vízhozama nem szolgáltatna elegendő energiát a fogyasztás fedezésére. A fosszilis tüzelőanyagok, mint a szén és a kőolaj, az ősi napsugárzás energiáját tárolják. Még az élelmiszerek is amellett, hogy a szervezet regenerálásához szükséges anyagokat biztosítják, kémiai energia formájában tárolt energiaforrást jelentenek az élettevékenységekhez.

Az energiatárolás célja[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az energiát alapvetően két esetben szükséges tárolni. Ha a rendelkezésre álló energiaforrás teljesítménye nem elegendő a felhasználására szánt gyors lefolyású folyamat teljesítményigényét fedezni, akkor az energiatárolót lassan feltöltik, majd gyors lemerítésével (kisütésével) a szükséges teljesítmény rövid időre elérhető. Erre klasszikus példa a számszeríj, aminél az emberi teljesítmény korlátozott volta miatt fogaskerekes áttételen keresztül lassan, kis erőkifejtéssel lehet felhúzni az erős íjat, majd az íjban tárolt potenciális energia a elsütőbillentyű meghúzásával felszabadul és a nyílvessző mozgási energiájává alakul át.

Más esetben az energia nem áll mindig rendelkezésre olyan mennyiségben, ahogy a fogyasztó igényli. Ilyenkor célszerű az energiatárolót feltölteni a többletenergiából, majd kisütni, amikor a fogyasztás nagyobb, mint a termelt energia. Ezt a módszert használják a dugattyús erő- és munkagépek (gőzgép, belsőégésű motorok, dugattyús szivattyúk) forgattyús hajtóműveiben, ahol a lendkerék tölti be az energiatároló szerepét.

Az országos villamos hálózatban a napi és évi energiafogyasztás nagymértékben változik. Éjszaka kisebb a fogyasztás, de reggel, amikor az emberek felkelnek, munkába mennek, majd a termelőüzemek beindulnak, megnő a fogyasztás és ugyancsak fogyasztási csúcs van este a világítás és a sok bekapcsolt televízió készülék miatt. Télen a fogyasztás a mérsékelt égövben nagyobb a világítás és a fűtés következtében, nyáron kevesebb, bár a klimatizálás elterjedése miatt a nagyon meleg nyári napokon is csúcs alakul ki. A hálózati igényeket az erőművek fel- és leterhelésével követni lehet bizonyos határok között. Ez a lehetőség azonban korlátozott. Az atomerőművek teljesítményét alig lehet változtatni. A hagyományos hőerőművek (melyek gőzkazánokat és gőzturbinákat használnak energiatermelésre) teljesítménye csak lassan változtatható, indításuk és leállításuk hosszú (6-8 órás) folyamat[1]. Még sokkal rosszabb a helyzet a szélerőművek esetében, ahol attól függ az energiatermelés, hogy fúj-e a szél vagy nem. A napfény hasznosításával hasonló a helyzet: éjszaka nem süt a nap, de felhős időben és télen is, amikor legnagyobb az energiaigény, sokkal gyengébb a sugárzás.

A vízierőművek reagálnak leggyorsabban a fogyasztási igények változására, egy vízturbina gyorsan indítható és leállítható, illetve szabályozható a teljesítménye. Olyan országok, ahol a vízierőművek az energiaellátás nagy részét adják, olcsóbb naperőműveket és szélerőműveket létesíteni, mert azok rapszodikus szolgáltatását a vízerőművek könnyen kompenzálni tudják. Meg kell jegyezni, hogy a vízerőműveket legtöbb esetben gáttal és víztározóval együtt létesítik, mely utóbbi maga is energiatároló, amellett, hogy biztosítja a megfelelő esést és így a vízturbinák szükséges teljesítményét is.

Az olyan régiók, ahol elegendő vízenergia nem áll rendelkezésre (ilyen Magyarország is), ott két lehetőség nyílik a probléma megoldására: vagy olyan erőműveket kell telepíteni, melyek gyorsan indíthatók és leállíthatók, vagy energiatárolókat kell alkalmazni. A szélenergia és napfény energiájának hasznosítása ilyen helyeken jelentősen megdrágul, hiszen a gyorsan indítható erőművek (ezek általában gázturbinás vagy dízelmotoros erőművek) beruházási és üzemelési költségeit is bele kell kalkulálni a termelt áram árába, hogy ne kelljen időszakosan energiakorlátozást bevezetni. A szabályozható erőművek hatásfoka a névleges teljesítményüknél a legnagyobb, így részterhelésnél a hatásfok romlik, a termelt villamos energia ára nő.

Az energiatárolás egyik módja a fosszilis üzemanyagok tárolása, de ez is többletköltséggel és tényleges veszteséggel is jár: az éves csúcsokra tárolt szén például a szabad ég alatt lassan oxidálódik.

Az energiatárolók fajtái[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

1-Nátrium-szulfid akkumulátor
2-Cink-bróm akkumulátor
3-Nátrium-Kén akkumulátor
4-Szivattyús-tározós erőmű
5-Lítium-ion akkumulátor
6-Ólom-savas akkumulátor
7-Nikkel-metál-hidrid akkumulátor
8-Vanádium-redox akkumulátor
9-Lendkerék
10-Nikkel-kadmium akkumulátor
11-Ultrakapacitás
12-Sűrített levegő (CAES)

Néhány energiatároló jellemzői[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Jellemzők[3] Elektromos
kondenzátor
Ultrakapacitás Szupravezetős
mágneses
energiatároló
Lendkerék
(Acél
vagy műanyag)
3000 1/min
Lendkerék
(szénszállal
erősített
műanyagból)
80 000 1/min
Akkumulátor Szivattyús
tározós
vízerőmű
Pneumatikus tározó Cseppfolyós hidrogén
Legnagyobb teljesítmény
(MW)
0,01 0,1 7 15 50 17[4] 1060 290[5] 0,2
Élettartam
(ciklus)
100 millió 0,5 millió 1 millió 1 millió 1 millió 2000 ? ? 30 000 h[6]
(Tüzelőanyag-cella)
Hatásfok
(%)
95 90 90 90 95 80 80 42[7]-54[8] 18,2
Önkisütési szint
(%/h)
0,01 0,2 ? 3–20 0,1–10 0,01 ? ? 0,1
Beruházási költség
(€/kWh)
200 000 10 000 30–2000 5000 ? 100 71 Kísérleti
telep
Kísérleti
telep[9]
Energiasűrűség
(kWh/t)
0,03 5 0,03 6 50[10] 30–120 0,4 9 33 300[11]
Jellemző kisütési idő 0,01 s 100 s 0,01 s 100 s 100 s 1 h 8 h 2 h 0,5 h

Irodalom[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

További információk[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Commons
A Wikimédia Commons tartalmaz Energiatárolás témájú médiaállományokat.

Jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Pattantyús Gépész- és Villamosmérnökök Kézikönyve 4. kötet. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1962. Gőzturbinák üzeme 521. o.
  2. C. Knowlen, A.T. Mattick, A.P. Bruckner and A. Hertzberg, "High Efficiency Conversion Systems for Liquid Nitrogen Automobiles", Society of Automotive Engineers Inc, 1988.
  3. [1] Stromspeicher-Technologien im Vergleich
  4. Batteriespeicheranlage in Berlin
  5. [2] Sűrített levegős tárolók
  6. U.Bünger, W.Weindorf: Brennstoffzellen - Einsatzmöglichkeiten für die dezentrale Energieversorgung. Ludwig-Bölkow-Systemtechnik, Ottobrunn 1997.
  7. [3]
  8. [4]
  9. Versuchsanlagen zur Speicherung von Wasserstoff
  10. Florian Strößreuther, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, Fakultät für Maschinenwesen, Institut für Dampf- und Gasturbinen der RWTH Aachen (Hrsg.): Machbarkeitsstudie und Konzept einer stationären Schwungradanlage zur dezentralen, verbraucherorientierten Energiespeicherung. Aachen 14. Mai 1996 ([5] ; Stand: 2010-05-22).
  11. Technische Eigenschaften von Wasserstoff