Ile energii kosztuje przechowywanie energii?

| Technologia
Dennis Schroeder, NREL

Przechodzenie na odnawialne źródła energii, takie jak energia wiatrowa czy słoneczna, wiąże się z koniecznością zastosowania na szeroką skalę systemów przechowywania energii. Słońce i wiatr nie dostarczają jej przecież w sposób ciągły. Tymczasem systemy energetyczne nie są wyposażone w odpowiednie urządzenia. Na przykład w Stanach Zjednoczonych infrastruktura energetyczna może przechowywać mniej niż 1% wyprodukowanej energii.

Obecnie jedynie około 3% energii jest produkowane w USA ze źródeł odnawialnych, jednak zainteresowanie nimi rośnie. Dlatego też naukowcy z Uniwersytetu Stanforda przeprowadzili symulację, w której USA pozyskują ze źródeł odnawialnych 80% zużywanej energii, w związku z czym muszą wyposażyć infrastrukturę energetyczną w urządzenia do jej przechowywania. Uczeni chcieli w ten sposób sprawdzić, jaki będzie stosunek ilości energii zużytej do wyprodukowania takich urządzeń do ilości energii, jaką urządzenia takie będą w stanie przechowywać. O ile wiemy, to pierwsze w historii badanie, którego celem była ocena energetycznych kosztów zastosowania na masową skalę urządzeń do przechowywania energii - mówi profesor Sally Benson, współautor badań.

Najbardziej znaną metodą przechowywania energii w skali całych sieci energetycznych jest budowa elektrowni szczytowo-pompowych. To zamknięte tamą zbiorniki, do których woda pompowana jest w czasie niskiego poboru energii. Nadmiarowa energia z sieci jest wówczas używana do napełnienia zbiornika, a gdy nadchodzi szczyt i rośnie zużycie energii, woda jest spuszczana przez turbiny, które produkują energię.

Profesor Benson wraz z doktorem Charlesem Barnhartem porównali energetyczny bilans elektrowni szczytowo-pomopowych z pięcioma najbardziej obiecującymi technologiami budowy akumulatorów: kwasowo-ołowiowych, litowo-jonowych, sodowo-siarkowych, wanadowych akumulatorów przepływowych i cynkowo-bromowych.

Pierwszym krokiem było obliczenie ilości energii potrzebnej do stworzenia urządzenia. Wzięliśmy pod uwagę całość wydatków energetycznych, od wydobycia surowców, takich jak lit czy ołów, poprzez samą produkcję, aż po wydatki energetyczne związane z jego zainstalowaniem w miejscu docelowym. Badania ujawniły, że całkowity bilans energetyczny - zatem koszt produkcji w porównaniu z ilością przechowywanej energii - produkcji każdego z akumulatorów był wyższy od kosztu budowy elektrowni szczytowo-pompowej. Takie rozwiązanie podpowiada też intuicja. Akumulatory są zbudowane z metali, czasem rzadkich, do których wydobycia i oczyszczenia trzeba zużyć dużo energii. Elektrownia szczytowo-pompowa składa się z powietrza, wody i brudu. To po prostu dziura w ziemi i betonowa zapora - mówi Barnhart.

Po ocenie kosztów budowy uczeni przystąpili do szacowania kosztów utrzymania urządzenia czy struktury przez 30 lat. Urządzenie do przechowywania energii powinno wytrzymać kilkadziesiąt lat. W przeciwnym razie trzeba będzie znowu wydobywać materiały, budować urządzenia i transportować. A to wszystko wymaga energii. Zatem im dłużej takie urządzenie pracuje, tym mniej energii kosztuje w jednostce czasu - dodaje Barnhart.

Podczas obliczeń uczeni wykorzystali stworzoną przez siebie matematyczną formułę ESOI (Energy Stored On Investment). Obliczenia wykazały, że wskaźnik ESOI dla elektrowni szczytowo-pompowej wynosi 210. To oznacza, że w założonym przez nich przedziale czasowym 30 lat elektrownia przechowa 210 razy więcej energii niż wydatkowano na jej budowę i utrzymanie.
Wszystkie akumulatory spisały się znacznie gorzej. Najlepsze z nich, urządzenia litowo-jonowe, mogły pochwalić się wskaźnikiem ESOI wynoszącym 10. Najgorszy wynik - ESOI 2 - osiągnęły akumulatory kwasowo-ołowiowe. To, zdaniem uczonych, już teraz wyklucza te urządzenia z roli przyszłych zbiorników na energię.

Autor:

Źródło: Uniwersytet Stanforda

energia przechowywanie energia odnawialna elektrownia szczytowo-pomowa energia wiatrowa energia słoneczna