Elektros energijos saugojimas | Apžvalga

Įžvalgos

  • Elektros energijos saugojimas

  • Data: 2015-11-08
    Autorius: Aleksandras GRAŽELIS

    Mokslininkai suskaičiavo, kad Saulės energijos, pasiekiančios  Žemę per dvi minutes, užtektų žmonijos vienerių metų poreikiams elektrai, šilumai bei degalams. Suprantama, nerealu tokį kiekį energijos „sugaudyti“ per dvi minutes, to niekas ir nedarys. Be Saulės energijos  Žemėje yra vėjo, jūros bangų ir kitokios atsinaujinančios energijos – jų kiekiai ne mažiau įspūdingi.

    Kruonio hidroakumuliacinė elektrinė

    Svarbiausiąja problema tampa ne atsinaujinančių išteklių energijos pavertimas mums taip reikalinga elektra (tą daryti jau mokame), bet pagamintos elektros saugojimas. Saulė nešviečia naktį, vėjai pučia irgi ne kasdien, todėl iš saulės šviesos bei vėjo pagaminamos elektros  kiekiai kinta dienos (paros) bėgyje. Paros bėgyje labai kinta ir suvartojamos elektros kiekiai. Vartotojui tai nerūpi – jis nori gauti elektrą be sutrikimų.

    Ne vien atsinaujinančiai energetikai reikia elektros saugojimo veiklos – pagamintą dabartinėmis technologijomis (anglimi, dujomis ar mazutu kūrenamose elektrinėse bei branduolinėse jėgainėse) elektrą taip pat būtina saugoti dėl jau minėto vartojimo netolygumo ar dėl galimų sutrikimų perdavimo tinkluose.

    Kodėl elektra negelbsti žmonijos?

    Jau daugiau kaip 100 metų vartojame elektros energiją. Nuo XIX amžiaus pabaigos elektra tapo ne tik  pramonės pažangos varikliu, bet ir svarbiausia žmonių gyvenimo kokybę gerinančia energijos rūšimi. Tačiau elektra netapo pasiekiama (ar prieinama) visiems Žemės gyventojams.  Žmonija susidūrė ne su elektros trūkumu, o su techniniais sunkumais ją gaminant, saugojant ir ekonomiškai naudojant. Daugelis pasaulį dabar kankinančių problemų, tarp jų ir pabėgėlių migracija, būtų lengviau sprendžiamos, jei neturtingiausiuose pasaulio regionuose būtų užtektinai elektros energijos. Sunku patikėti, bet XXI amžiuje net 1,3 milijardai žmonių, gyvenančių Afrikoje ir Azijoje, nesinaudoja elektra nei buityje, nei ūkinėje veikloje.  Skurdas ir nepritekliai tuose regionuose varo šimtus tūkstančių pabėgėlių ieškoti laimės Europoje, JAV ar Australijoje. Jau daug metų apie šias problemas kalbama Jungtinių Tautų organizacijoje,  Afrikos Sąjungoje, Pietryčių Azijos valstybių organizacijoje. Deja, tų valstybių vyriausybės mieliau išlaidauja ginklavimuisi, negu elektros tiekimui savo vargstantiems gyventojams. Suprantama, skurdžiose valstybėse nereikėtų siekti iškart sukurti europinio pavyzdžio elektros tinklų sistemas, pradėti reikia nuo paskirstytos elektros gamybos. Kaip gerą pavyzdį galima paminėti 75 milijonų JAV dolerių vertės Rokfelerio fondo projektą „Išmanioji galia“, kuriuo per trejus metus (2014-2017 m.) ketinama elektrifikuoti 1000 kaimų Indijoje. Elektrą gamins iš atsinaujinančių išteklių, o sukurtą ir išbandytą verslo modelį bus siekiama pritaikyti dar septyniose Afrikos ir Azijos valstybėse.

    Saugoti = taupyti

    Iki branduolinių jėgainių paplitimo elektros energijos saugoti nelabai ir reikėjo – sumažėjus elektros poreikiui naktį, elektrinėse sumažindavo garų slėgį katiluose. Atominėse elektrinėse paros bėgyje mažinti (ir didinti) elektros gamybą daug sudėtingiau ir neekonomiška. Saugiau, kai ji dirba nuolatiniu režimu visą laiką, sustabdoma tik eksploataciniam aptarnavimui. 1960-1980 metais, žymiai padidėjus elektros gamybai branduolinėse jėgainėse, imtasi ir jos saugojimo veiklos. Tuo metu naujų elektros saugojimo būdų neišrado, pasinaudojo jau seniai žinomais: švino rūgštinėmis baterijomis (išrastomis 1859 metais) bei hidroakumuliacinėmis elektrinėmis (pirmosios buvo pastatytos 1890 metais Italijoje ir Šveicarijoje). Brangstant naftai ir dujoms bei pradėjus intensyviai vystytis atsinaujinančių išteklių energetikai, elektros saugojimo svarba dar labiau padidėjo. Imta ieškoti įvairesnių jos saugojimo būdų, tačiau nieko geresnio už hidroakumuliacines elektrines nesurasta. Tarptautinės energetikos agentūros duomenimis 2012 metais pasaulyje buvo įrengta apie 140 GW galios elektros energijos saugyklų. 99 proc. šio kiekio sudaro hidroakumuliacinės elektrinės ir tik 1 proc. -  kitokių technologijų saugyklos. Tą likusį vieną procentą pasidalina suspausto oro saugyklos, įvairių tipų (ličio jonų, švino rūgštinės, nikelio-kadmio, natrio-sieros, nikelio-metalų hidridų) baterijos ir akumuliatoriai, smagračiai, vandenilio generatoriai. Bandymų ir tyrimų stadijoje yra superkondensatoriai,  superlaidininkų magnetinės energijos kaupikliai, srautinės baterijos.

    Dar didesnę svarbą hidroakumuliacinės elektrinės įgijo, pradėjus kurti didžiulius vėjo jėgainių parkus bei saulės šviesos elektrines.  Kai vėjo ir saulės šviesos jėgainėse gaminama elektros dalis padidėja iki 15-20 proc. visame tuo pat metu gaminamos elektros kiekyje, elektros energijos saugojimo sistemos turi būti parengtos užtikrinti nenutrūkstamą energijos tiekimą, mažėjant vėjo greičiui arba atsiradus nenumatytam energijos tiekimo poreikiui. Taigi sugebėjimas greitai grąžinti į tinklą saugomą elektrą yra vienas iš svarbiausių aspektų, vystant naujas energijos saugojimo technologijas.

    Kitos technologijos –
    HAE šešėlyje

    Suspausto oro saugojimo sistemos dar mažai paplitęs energijos saugojimo būdas. Pasaulyje įrengtos tik dvi didelio galingumo požeminės saugyklos – 290 MW (Vokietijoje) ir 110 MW (JAV). Perteklinė elektros energija panaudojama orui suspausti saugykloje. Suspaustas oras kartu su degančiomis gamtinėmis dujomis leidžiamas per aukšto arba žemo slėgio turbinas, sukančias elektrą gaminančius generatorius. Tokiame gamybos cikle nedirba kompresoriai, todėl sutaupoma iki 40 proc. elektros. Įmonės, kurios technologiniuose procesuose naudoja suspaustą orą, gali jo sukaupti slėgiminiuose induose nakties metu, kai elektra pigesnė.

    Smagratyje energija sukaupiama, įsukant jį iš tinklo imama elektra. Kai elektrą reikia grąžinti į tinklą, smagratį įsukęs variklis veikia kaip generatorius.  Naujausių tipų smagračiai įsukami iki 20000-50000 aps/min. greičio, turi magnetinius guolius ir dirba vakuume, siekiant išvengti trinties nuostolių guoliuose ir į orą. Jų tarnavimo laikas praktiškai neribotas, jie nekenkia aplinkai, o naudingumo koeficientas siekia 97 proc.

    Galima tikėtis, kad ateityje padidės vandenilio gamyba, elektrolizės būdu vandenį skaidant į vandenilį ir deguonį, šiam tikslui panaudojant perteklinę atsinaujinančių išteklių elektrą. Vandenilis kuro elementuose gamintų elektrą elektromobiliams varyti arba kitiems tikslams.

    Elektrą galima saugoti įvairių technologijų pagrindu veikiančiose baterijose ir akumuliatoriuose. Nors beveik kas pusę metų pranešama apie išrastą naują baterijų technologiją, bet net senosios švino rūgštinės baterijos dar konkuruoja su naujesnėmis technologijomis. Šiuo metu daugkartinio krovimo baterijų standartu tapo ličio jonų baterijos. Ši technologija naudojama ne tik didelėse elektros saugyklose, bet ir elektromobiliuose, nešiojamuose kompiuteriuose, išmaniuosiuose telefonuose. Naujausią jų panaudojimo galimybę šių metų pavasarį pristatė  milijardierius, išradėjas, inžinierius  Elonas Muskas, kompanijų „Tesla Motors“ , „SpaceX“ ir „PayPal“įkūrėjas. Tai „Tesla Motors“ gaminamos baterijos, skirtos namams ir biurams. Namams skirta baterija „Tesla Powerwall“ talpina 7 arba 10 kWh energijos ir kainuos atitinkamai 3 – 3,5 tūkst. JAV dolerių. Biurams skirta speciali „Tesla Powerpack“ versija talpina 100 kWh, jos kaina 25 tūkst. JAV dolerių. Baterijos garantinio tarnavimo trukmė 10 metų.

    „TeslaMotors“  sukurtos namų ir biurų baterijos tinka kaupti namų ūkiuose saulės šviesos moduliais arba vėjo jėgainėmis gaminamą elektrą. Jas galima taip pat įkrauti iš elektros tinklo tomis valandomis, kai elektros tarifai mažesni.

    Baterijų technologijomis pagrįstas elektros saugojimas ateityje įgis daug didesnę reikšmę. Tai įvyks tada, kai didesniąją automobilių parko dalį sudarys elektromobiliai, o visa elektra bus tiekiama išmaniaisiais tinklais. Elektros saugyklomis taps elektromobilių baterijų įkrovimo stotys bei kiekvienas prie išmaniojo tinklo prijungtas elektromobilis.

    Elektros saugojimo perspektyvos ES

    Europos Sąjungos energetikos veiksmų plane iki 2050 m. elektros energijos saugojimas pripažįstamas labai svarbia veikla Europos elektros tinklų sistemos valdymui ir lankstumui. Numatoma siekti, kad elektros saugojimo technologijos taptų  pigesnės ir ilgaamžiškesnės, patikimiau ir saugiau veiktų sudėtingomis eksploatavimo sąlygomis.

    Europos Sąjunga užsibrėžė tikslą 2020 metais 20 proc. visų rūšių energijos gaminti iš atsinaujinančių išteklių. Tikėtina, kad elektros, pagamintos iš šių išteklių (daugiausia iš vėjo ir saulės šviesos), dalis bendrame elektros energijos kiekyje sudarys 35-40 proc. Elektros energetikos sistemos privalės tapti gerokai lankstesnės, siekiant balansuoti šios energijos gamybos (taip pat ir vartojimo) netolygumus. Šiai užduočiai patikimiausiu techniniu sprendimu pasirinkta naujų HAE statyba. Planuojama iki 2020 metų pastatyti apie 60 HAE, kurių bendras galingumas siektų 27 GW ir dabar veikiančių HAE bendrą galią padidintų apie 50 proc. Šiuo metu Europos Sąjungoje yra apie 50 GW galios elektros energijos saugyklų, šis dydis prilygsta maždaug 5 proc. per parą pagaminamos elektros kiekiui. Pastačius daugiau elektros saugyklų, ES galės sumažinti elektros importą, mažinti elektros tarifus vartotojams, didinti elektros gamybą iš atsinaujinančių išteklių, efektyviau perduoti elektros energiją tarp valstybių.

    Didžioji dalis ES valstybių turi geras galimybes statyti HAE, nes jose yra kalnų masyvai – Alpės, Pirėnai, Karpatai, Sudetai, Tatrai, Rodopai bei kiti, kurie iškilę virš jūros lygio 1000 metrų ir dar aukštesni. Ir tik Danijoje, Suomijoje, Nyderlanduose, Latvijoje, Estijoje ir Lietuvoje aukščiausios žemės paviršiaus vietos tėra apie 300 metrų aukščio. Iš šių šalių šiuo metu hidroakumuliacinę elektrinę turi tik Lietuva, rengiasi HAE statyti ir Estija.

    Kruonio HAE

    Kruonio hidroakumuliacinė elektrinė pradėjo veikti 1992 metais. Šiuo metu  jos galia 900 MW, veikia 4 hidroagregatai, kiekvieno jų galia 225 MW. Generatoriaus režimu hidroagregatai veikia 160-225 MW galios ribose, o veikiant siurblio režimu 225 MW galia nekinta. Elektrinės naudingumo koeficientas 74 proc. Elektrinė buvo pastatyta rezervuoti Ignalinos AE galią, jei ji atsijungtų, taip pat akumuliuoti naktį gaminamos elektros perteklių. Kruonio HAE labai pagelbėtų, jei ištiktų elektros tinklų sisteminė avarija, nes jos hidroagregatai visu savo pajėgumu į tinklą sugeba įsijungti mažiau nei per 2 min. Kai viršutinis baseinas pilnas vandens, HAE gali dirbti kaip įprasta hidroelektrinė, tiekdama į elektros energijos sistemos 330 kV tinklą iki 900 MW galios energiją daugiau kaip 12 valandų.

    Elektros energijos rinka Lietuvoje kinta. Šių metų pabaigoje turėtų pradėti veikti elektros jungtys NordBalt ir LitPol Link, daugiau elektros gaminama vėjo jėgainėmis ne tik Lietuvoje, bet ir Latvijoje bei Estijoje. Kruonio HAE atsiranda daugiau galimybių plėsti veiklą, todėl nuspręsta pastatyti dar vieną, penktąjį, elektrinės hidroagregatą. Jis  bus efektyvesnis ir lankstesnis nei keturi senieji įrenginiai. Pagal jo techninę charakteristiką  hidroagregatas galės dirbti 110-225 MW galia siurblio režimu bei 55-225 MW galia generatoriaus režimu. Naujojo hidroagregato naudingo veiksmo koeficientas 4 proc. didesnis nei esamų įrenginių.

    Kruonio  HAE galingumo padidinimas įtrauktas į Baltijos energijos rinkos ir jungčių planą (BEMIP) bei Europos Komisijos bendro intereso projektų (PCI) sąrašą. Projektas galės pretenduoti į ES paramą pagal ES infrastruktūros tinklų priemonę (CEF), o hidroagregato statybos kaštai gali siekti 100-110 mln. eurų. Penktasis hidroagregatas turėtų pradėti veikti 2019 metais.

    Estijos HAE

    Estijoje nėra kalnų, tačiau tai nesutrukdė estams sugalvoti neįprastos konstrukcijos hidroakumuliacinę elektrinę. Vanduo bus imamas iš Baltijos jūros ir 7 metrų skersmens kanalu tekės žemyn į didžiulį rezervuarą, įrengtą granito uolienoje 500 metrų žemiau jūros lygio, sukdamas turbinas ir gamindamas elektrą. Esant elektros pertekliui sistemoje, generatoriai dirbs variklių režimu, turbinos – siurblių režimu, išpumpuodamos vandenį į jūrą. HAE bus statoma Muugos uoste, netoli (13 km) nuo Talino. Muugos HAE projektas taip pat įtrauktas į Baltijos energijos rinkos ir jungčių planą bei Europos Komisijos bendro intereso projektų sąrašą. Estai planuoja HAE pastatyti iki 2024/2025 metų. Muugos HAE galia sieks 500 MW, granito uolienoje įrengto vandens rezervuaro tūris 4,75 mln. kub. m. Gaminant elektrą, rezervuaras užsipildys per 12 valandų. Iškirstą granitą estai panaudos skaldai kelių tiesimui. Į turbinų salę, įrengtą 500 metrų gylyje, aptarnaujantis personalas pateks  vertikalioje 6,5 m skersmens šachtoje įrengtu liftu, dar viena tokia šachta skirta ventiliacijai. ■

  • ATGAL
    Lietuva ir naujasis „Europos koncertas“
    PIRMYN
    „Nord stream 2“: ar pavyks „Gazprom“ įveikti Europos solidarumą energetikoje?
  • Mūsų draugai:
  • ELP grupė
  • Bernardinai.lt
  • Europarlamentaras Algirdas Saudargas

Copyright © 2011 apzvalga.eu. Visos teisės saugomos.

Draudžiama tinklapyje „Apžvalga“ paskelbtą tekstinę ir vaizdinę medžiagą panaudoti kitose žiniasklaidos priemonėse arba platinti šio tinklapio medžiagą kuriuo nors pavidalu be „Apžvalgos“ leidėjų sutikimo, o jei sutikimas gautas, būtina nurodyti „Apžvalgą“ kaip šaltinį.