Kako pojeftiniti skladištenje energije vjetra?

Kod obnovljivih izvora energije, a osobito kod energije vjetra najveći problem je u tome što se energija proizvodi u jednom trenutku, a troši se u drugom trenutku kada potrošačima najviše treba. Zbog toga u mreži moraju postojati rezervni kapaciteti koji se moraju brzo uključiti kada vjetra nema.

Ovaj problem se djelomično može riješiti povezivanjem obnovljivih izvora energije iz različitih zemalja u jedinstvenu mrežu kako bi se energija proizvedena u jednoj državi mogla trošiti u drugoj državi. Što je veće mreža veća je i vjerojatnost da uvijek negdje puše vjetar.

Drugo riješenje je napraviti velika skladišta za akumuliranje energije.

Najekonomičnija skladišta energije su reverzibilne hidrocentrale koje imaju najveću tehničku i ekonomsku efikasnost. One viškom električne energije u dnevnim periodima kada je energija najjeftinija pumpaju vodu u visoka planinska jezera, te u periodima velike potrošnje tu pohranjenu energiju ponovo pretvaraju u električnu energiju. Trajnost ovakvih hidrocentrala je najmanje 100 godina, a samo manji mehanički pokretni dijelovi traju kraće. Iskoristivost energije je 70 do 85 posto. Problem je nedostatak lokacija za izgradnju ovakvih hidrocentrala.

Sličnu ekonomičnost i trajnost imaju velika podzemna skladišta komprimiranoga zraka.

Skladištenjem komprimiranim zrakom energija se sprema u jednom vremenskom periodu kada je ima viška, a koristi u drugom kada je potrebna potrošačima. Ovakvo skladištenje energije se najčešće u rudnicima, podzemnim pećinama, ili u velikim plastičnim vrećama duboko na dnu mora ili jezera. Skladištenje energije komprimiranim zrakom bilo je vrlo razvijeno prije masovne upotrebe električne energije, od 1870. godine pa do pojave izmjenične električne energije koja je omogućila lako transportiranje energije na daljinu.

Energija stlačenog zraka se može spremati i u čelične posude za komprimirani zrak koje su vrlo jeftine i mogu trajati kao i reverzibilne hidrocentrale.

Osnovni problem kod komprimiranog zraka je mala gustoća energije.

Gustoća energije komprimiranog zraka je 2-5 Kwh po metru kubičnom, a od uložene energije može se vratiti 50 do 65 posto.

Uz reverzibilne hidrocentrale, spremnici energije s komprimiranim zrakom su osnovni način masivnog i komercijalnog skladištenja energije. Podzemni spremnici su najekonomičniji, a njihov kapacitet doseže 400 MW, a vrijeme pražnjenja im je 8 do 26 sati.

Veliki problem kod komprimiranog zraka je to što pritisak jako varira za vrijeme rada, a to loše djeluje na tehničku iskoristivost energije.

Kako bi se dodatno povećala ekonomičnost sustava stlačenog zraka potrebno je smanjenje troškova. A troškovi skladištenja kod energije vjetra bi se najbolje mogli smanjiti tako da se za skladištenje energije iskoriste postojeći elementi koji imaju drugu funkciju. Najskuplji dio velikih vjetroturbina su stupovi koji drže gondolu, generator i elise. Ti stupovi su šuplji i mogli bi se koristiti i kao velike uspravne boce za komprimiranje zraka. Na taj način stupovi bi imali dvostruku funkciju. Kako bi im se povećala sigurnost, i kako bi im se povećao kapacitet trebale bi biti 10 do 20 posto šire, a cijena bi im bila 20 do 30 posto veća. Trebale bi biti izrađene od čelika ili ugljičnih vlakana kako bi mogle izdržati velike tlakove. Cijena stupa iznosi oko 15 do 20% tvorničke cijene cijele vjetroturbine, a također je stup odlučujući faktor i u cijeni transporta i montaže. Servisne ljestve za penjanje do generatora bi trebale biti sa vanjske strane kao kod velikih industrijskih dimnjaka.

Jedan čelični okrugli stup visine 50 m i promjera 4 m ima volumen od 620 kubičnih metara stlačenog zraka. To znači kako bi se u jedan ovakav stup moglo akumulirati 1200 do 3000 Kwh energije, ovisno o tlaku na koje se zrak tlači. Prosječna potrošnja jednog domaćinstva je oko 10 Kwh po danu što znači kako bi se u jednom ovakvom stupu moglo akumulirati energije dovoljno za dnevnu potrošnju 100 do 300 domaćinstava.

Za ovakvo skladištenje energije na stup visine 50 metara bi se trebao staviti zračni kompresor snage 500 KW što znači kako bi se stup mogao napuniti komprimiranim zrakom za 2,5 do 6 sati rada pri maksimalnoj snazi. Vjetrenjače oko 50 posto vremena ne rade, a i kada rade vjetar je najčešće slabiji od maksimalno iskoristivoga pa bi punjene stupa moglo trajati nekoliko dana. Zahvaljujući ovakvom velikom skladišnom kapacitetu stupova oni bi se punili zrakom kada vjetar puše, a praznili bi se kada je energija najpotrebnija i najskuplja. Pri punjenju stupova zrakom nastajala bi velika količina kondenzirane vode u stupovima koja bi se mogla koristiti za navodnjavanje terena oko vjetroturbina.

Od vjetroturbine stlačeni zrak bi se cijevima vodio do zračnih turbina i generatora. Zahvaljujući tome električna energija se ne bi proizvodila na samim vjetroturbinama, već u obližnjim mjestima do kojih bi se dovele cijevi za dovod komprimiranog zraka. Tu bi komprimirani zrak pokretao zračne turbine koje pokreću električne generatore. Pri tome bi se stvarale velike količine hladnog zraka koji bi se mogao koristiti za hlađenje susjednih objekata, pri čemu bi se mogle dobiti i znatne količine vode kondenzacijom iz okolnog zraka, osobito ljeti. Ta voda bi se mogla iskoristiti u okolini za navodnjavanje, što bi dodatno povećalo ekonomičnost ovakvog načina skladištenja energije vjetra.

Ostale moje tehničke analize i inovaciju mogu se naći ovoj knjizi.