1 Dr. Stróbl Alajos A villamos energia tárolásának szükségessége és megoldásai Magyar Energetikai Vállalkozók és Feltalálók Fóruma Esztergom, 2010. szeptember.

Az előadások a következő témára: "1 Dr. Stróbl Alajos A villamos energia tárolásának szükségessége és megoldásai Magyar Energetikai Vállalkozók és Feltalálók Fóruma Esztergom, 2010. szeptember."— Előadás másolata:

1 1 Dr. Stróbl Alajos A villamos energia tárolásának szükségessége és megoldásai Magyar Energetikai Vállalkozók és Feltalálók Fóruma Esztergom, 2010. szeptember 8. 13:30-13:55 25 perc alatt 30 színes ábra – időzítve, animálva

2 2 A villamos energia közvetlenül nem tárolható, de közvetve (átalakítva) igen villamosenergia villamosenergia kémiai energia helyzeti energia nyomás- energia mechanikai energia hőenergia akkum., VRB, H 2 víz tárolása levegő tárolása pl. lendkerékkel hőtárolóval töltés kisütés E be, kWh E ki = η*E be, kWh

3 3 Tárolási kapacitás (kWh) Töltési kapacitás (kW) Kisütési kapacitás (kW) Tárolási hatásfok (%) Tárolási költségek (beruházás, üzemeltetés, karbantartás, személyzet stb.) Tárolási feladatok (ciklikus üzem, tartalék tartása, szabályozási szerep stb.) Tárolási hatások a környezetre Mindezek alapján a feladatra összpontosítva, optimálva kell a megfelelő tárolót kiválasztani. A tárolók főbb jellemzői

4 4 A tárolások összehasonlítása Forrás: Energiewirtschaftliche Tagesfragen, 60. k. 6. sz. 2010. p. 24. a kisütési teljesítmény a névleges teljesítmény kisütési ideje másodperc perc óra szivattyús tárolós Redox-áramlású telepek levegőtárolós H2H2 lendkerekes tárolás szupravezetős mágneses elektromágneses elektrokémiai mechanikus Tárolási formák: szünetmentes áramforrások szükség- áramforrások nagyüzemi energiatárolók NaS és más akkumulátorok kétréteges kondenzátor

5 5 Akkumulátoros tárolás költsége Forrás: Brennstoff-Wärme-Kraft, 61. k. 3. sz. 2009. p. 28. Ehhez a tárolási költséghez még az energia beszerzésének a költségét hozzá kell adni. 5-10 év múlva ma 20 Ft/kWh

6 6 töltés kisütés V 4+  V 5+ + e - V 3+ + e -  V 2+ V 5+ + e -  V 4+ V 2+  V 3+ + e - fél- cellás tároló fél- cellás tároló szivattyú cső fél-cella elektródamembránelektróda négycellás köteg oxidáló folyamat redukáló folyamat A VRB tárolási rendszer alapelve Bővebb tájékoztatás Balogh Ernő úrtól (b31@t-online.hu) 1122 Csaba u 18. T: 30-996-8867b31@t-online.hu

7 Lítiumos akkumulátor lényege Forrás: National Geographic (Magyarország), 8. k. 5. sz. 2010., p. 29. réz lítium-kobalt-oxid műanyag grafit réz + - Li 36,94 Lítium Lítium-kitermelés 2008-ban, tonna A lítiumos akkumulátorok pozitív elektródja lítium, míg a negatív grafit. Az elektromos áramot a közöt- tük vándorló ionok termelik. A két elektródaréteget rézfóliák fogják közre. A jövő villanyautói a jelenleg alig tucatnyi helyen bányászott lítiumra lesznek utalva. Ez a világ leg- könnyebb fémje, és így magas az elektrokémiai potenciálja, ezért ideálisan használható a járművek hajtására tervezett akkumulátorokhoz. Ezeknek a tömege csekély, s ritkán kell őket újratölteni. A tengervízben és a vulkáni kőzetekben föllelhető lítium igen sokoldalú anyag: lehet laptopok áramforrása, gyógyszerként a mániás depresszió kezelésére alkalmas, a kerámiamázat élénkebb színűre festi.

8 8 A járműhajtás fejlődése 2050-ig Forrás: ROADMAP 2050 (www.roadmap2050.eu) 2010. ápriliswww.roadmap2050.eu A karbon-mentes fejlesztés útján, Mrd km 1) +0,8%/a 1) A nehéz teherautók 1 km-re 4-szer annyi üzemanyagot használnak, mint a személyautók.

9 9 Energiaellátás hidrogéntárolással Forrás: VGB PowerTech, 88. k. 8. sz. 2008. p. 35. nap- erőmű szél- erőmű viz- erőmű gáz- erőmű szén- erőmű atom- erőmű elektrolízisjármű hidrogén-tároló villamos hálózat jármű szén-dioxid v. tárolása v. tárolása nukleáris v. tárolás v. tárolás tárolós rendszer külön villamos hálózat vagy a n. hálózat nem veszélyeztetett része nap szél víz olaj gáz szén urán villamos fogyasztók csökkentett emisszió emisszió H2OH2O H2OH2O O2O2 O2O2 CO 2 CO 2 -leválasztás H2H2 CO 2 NO x

10 10 A nagy energiatárolás költségei Forrás: Brennstoff-Wärme-Kraft, 61. k. 3. sz. 2009. p. 28. hidrogén levegő adiabatikus tárolása szivattyús víztárolás ma több mint 10 év múlva telephelytől függően A hosszú idejű tárolást a felső, a napi tárolást az alsó nyíl mutatja. Ehhez a tárolási költséghez még az energia beszerzésének a költségét hozzá kell adni. 10 Ft/kWh

11 11 vízzellevegővel hozzáfolyósszivattyús változó vízszint erőm ű moto r generáto r szivattyú / turbina tároló 40 – 90 bar M G földgá z n x (200 – 300) MW 300 - 500 m n x (120 - 350) MW Tárolás a helyzeti energiával

12 12 Huntorfi Levegőtárolós Erőmű (D) levegő földgáz 290 MW sótömb 1975-1978 A 2. ilyen egység a világon: McIntosh, Alabama, USA 110 MW, 1991-ben

13 13 Új levegőtárolós megoldás Forrás: Modern Power Systems,, 30. k. 3. sz. 2010. március, p. 10. hőtárolók turbina sűrítő szűrő tároló Németországban az RWE és a GE közösen épít egy új levegőtárolós megoldást ADELE néven – adiabatikus sűrítéssel levegő tárolása a villamos energia tárolása céljából. A megvaló- síthatósági tanulmány (2007) alapján a szerződést 2010 januárjában megkötöt- ték, és a bemutatóra szánt létesítmény 2013-ra készül el (1 GWh tárolási és 200 MW-os kisütési teljesítménnyel). C M E G termikus energia- tároló levegőtároló (kaverna) levegő be töltéskisütés sűrítés expanzió

14 14 Összetett energiatároló rendszer Forrás: Brennstoff-Wärme-Kraft, 61. k. 10. sz. 2009. p. 25. M sűrítő sótároló 800°C nagynyomású levegő csöves tárolója 50 MW levegő 115 kg/s, 350°C 330°C 72 kg/s, 300°C G gőzturbina G gázturbina Opció: földgáz Opció: 1140°C 780°C 538°C 100 bar, 500°C 0,05 bar 60°C Szélpark, csöves nyomottlevegő-tároló, villamos fűtésű sótároló, összetett gáz- és gőzkörfolyamat Tárolási hatásfok: 55%

15 15 Egyszerűbb energiatároló rendszer Forrás: Brennstoff-Wärme-Kraft, 61. k. 10. sz. 2009. p. 26. sótároló 600°C 50 MW gőzturbina G 100 bar, 550°C 0,05 bar Szélpark, villamos fűtésű sótároló, gőzkörfolyamat A sótárolóval mind az érezhető, mind a rejtett hőt fel lehet venni. A só a szilárd és a folyékony halmazállapot között változik, ezért a tárolót PCM 1) -tárolónak nevezik. Ilyen sókeveréket használnak a spanyol Andasol-1 parabolacsatornás naperőmű- nél. Nátrium- és kálium-klorid keveréke 600°C-hoz megfelelő, mert a sónak csak 50%-a kristályosodik. 1) PCM = Phase Change Material 17,5 MW Tárolási hatásfok: 35%

16 16 G & M szivattyú, turbina motor, generátor alsó tároló felső tároló A szivattyús, tárolós vízerőmű elve információ-kapcsolat Helyi Irányító Központ (HIK) MAVIR V f, m 3 V a, m 3

17 17 Szivattyús, tárolós vízerőmű feladatai G & M szivattyú, turbina motor, generátor villamos energia be és ki tartalékolástartalékolásszabályozásszabályozás napi vagy heti ciklussal ciklussal perces vagy órás tartalék tartása perces vagy órás tartalék tartása PI-szabályozás PI-szabályozássegítése segítése kiegyenlítéskiegyenlítés

18 18 napi terhelés, MW h/d a víztároló töltése a víztároló ürítése Jellegzetes napi kiegyenlítés: cél az erőművek kihasználásának növelése egyenletesebb az erőműterhelés csökkenthető a csúcsterhelés

19 19 szombat vasárnap hétfő kedd szerda csütörtök Heti menetrend-kiegyenlítés A heti ciklushoz nagy tárolókapacitás kell. A hétvégén töltés A munkanapokon kisütés

20 20 szombat vasárnap hétfő kedd szerda csütörtök kapcsolt termelés szélerőmű-termelés A fűtés és a szél hatása a ciklusra Nincs „ciklikusság” a kötelező átvételeknél.

21 21 Vértes Prédikálószék Neszmély Fekete-Vág Ipoly Felső-Szamos Recsk Sima Abaújszántó Tarnica Tarac Mecsek hazai tervek bányában – lefelé közös tervek a szomszédokkal működő SZET Szivattyús tárolás a Kárpát-medencében Mátra

22 22 Mit lehet tenni, amíg nem épül fel? Magyarország  Ausztriával, Szlovákiával Dánia  Norvégiával, Svédországgal Hollandia  Belgiummal, Luxemburggal Példák:

23 23 Dánia gondjai a szélerőművekkel Forrás: Modern Power Systems, 29. k. 9. sz. 2009., p. 35-37. Mérleg: 2009.08.17-én, 12:25-kor nagy központi erőművek 2197 MW, helyi kiserőművek 716 MW, szélerőművek 1065 MW, importszaldó 520 MW összes nettó terhelés 4498 MW A dán villamosenergia-fogyasztás 22%-át adják ma a szélerőművek. A kormány szerint ez 2025-ig megkétszereződhet. A gondot a kiegyenlítés jelenti, hiszen 0- 3100 MW között változhat a szélerőmű- teljesítmény. A dán export/import 10-11 TWh/a körül van, ami a fogyasztás 30%-a. A teljes átviteli rendszer kapacitása a Nordic és a kontinentális Európa között 2008-ban 4,2 GW volt. Rövid távú megoldás jelent a kapcsolt termelésekkel való integráció, ahol van hőtároló a nagy- és kiserőműveknél. A kapcsolt termelések 2025-re a távfűtés 12 órán át felveheti a „felesleges” villanyt, és ezzel 20-30 GWh energia tárolható. Hosszú távú megoldást a villamos haj- tású járművek jelenthetnek, pl. 50 000 jármű több mint 100 MW rugalmasságot adhat. Norvégia Svédország Németország 709 MW import 575 MW import 212 MW import 547 MW import 373 MW export Jutland Zealand nagyerőmű szélerőmű-park 400 kV AC 400 kV DC 400 kV DC kábel 60 kV DC kábel

24 24 Egyre gyakrabban kell exportálnunk hajnalban. hét A heti legkisebb hazai terhelések MW export 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 export

25 25 Jellegzetes téli, napi terhelési görbe 2009. november 30. Hétfő (nagy éjszakai export, csúcs sok importtal) hazai erőművekre hazai villamosenergia-rendszerre Több éjszakai export – kevesebb nappali importtal h/d

26 26 Heti minimum arányának alakulása A kereskedés hatása az erőműveink terhelésre hét hazai erőművekre hazai villamosenergia-rendszerre

27 27 Osztrák erőműfejlesztés (APG zóna) Forrás: www.verbund.at. – Masterplan 2009 – 2020, p. 111. APG-nek jelentett prognózis A fő fejlesztés

28 28 Erőmű-létesítés Szlovákiában Forrás: R. Kvetán: Strategy of SR Energy Security, 2007 (szlovák) Ipolyi SZET Korábbi szlovák elképzelés

29 29 Szivattyús, tárolós erőművek Európában Forrás: VGB PowerTech, 89. k. 9. sz. 2009. p. 64. és 90. k. 8. sz. 2010. augusztus p. 34

30 30 Tárolás a német villamosenergia-rendszerben Forrás: Energiewirtschaftliche Tagesfragen, 60. k. 6. sz. 2010. p. 24. tárolási kapacitás, GWh 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

31 31 strobl@mavir.hu