Kako pojeftiniti skladištenje obnovljive energije?

Razvojem obnovljivih izvora energije naglo je porastao problem skladištenja energije. Obnovljivi izvori energije su vremenski nestabilni, te je stoga potrebno izgraditi kapacitete koji su veći od potrošnje, te višak proizvedene energije uskladištiti za vrijeme kada nema sunca ili vjetra. Skladištenje energije u električne akumulatore je vrlo skupo zato što je Litij rijedak metal. Osim toga, akomuliranjem energije u akumulatorima gubi se oko 50 posto utrošene energije. Kod malih vjetrenjača i sunčanih kolektora koji nisu spojeni na električnu mrežu ovo je osnovni način skladištenja energije, a osim gubitaka u akumulatorima javljaju se i gubitci transformacije energije. Dobivenu izmjeničnu energiju vjetroturbine je potrebno najprije pretvoriti u istosmjernu električnu energiju 48 V, pri čemu se gubi oko 15 posto energije. A nakon toga, kod potrošnje je tu istosmjernu energiju potrebno ponovno pretvoriti u izmjeničnu energiju 220 V, pri čemu se ponovno gubi oko 15 posto energije. Ovih 15 posto se može sačuvati ako korisnik na svoj objekt ugradi potrošače koji rade na istosmjernu struju napona 48 V. Ovo je standard za velike brodove i uređaji koji koriste takvu energiju postoje na pomorskom tržištu.

Nejjeftinije skladištenje energije je u reverzibilnim hidrocentralama, ali lokacije gdje se one mogu napraviti su rijetke. 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.

Radi toga zadnjih godina sve se više govori o zelenom vodiku, ili plavom vodiku. To je postupak u kojem se vodik dobiva od vode ili zemnog plina upotrebom viška električne energije koju proizvode vjetrenjače za jakog vjetra. A kada vjetra nema tada se uskladišteni vodik pretvara u električnu energiju. Ekonomičnost ovakvog skladištenja je mala. Od uložene energije se može natrag dobiti ispod 50 posto.

Energija se može skladištiti i u obliku komprimiranog zraka. Velika podzemna skladišta komprimiranoga zraka imaju vrlo veliki vijek trajanja i visoku ekonomičnost. Ali takve podzemne lokacije su rijetke. 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, te stoga nije prikladno za pokretna vozila.

Gustoća energije komprimiranog zraka je 2-5 Kwh po metru kubičnom, a od uložene energije može se vratiti 50 do 65 posto. Veliki problem kod komprimiranog zraka je to što pritisak jako varira za vrijeme rada, a to loše djeluje na tehničku iskoristivost energije. Kod manjih obiteljskih ili poslovnih skladišta komprimiranog zraka problem variranja tlaka bi se mogao riješiti vrlo jednostavno. Dovoljno bi bilo na dno skladišta dovesti vodovodnu cijev kroz koju u skladište ulazi voda kada tlak u skladištu padne ispod određenog nivoa, a kada se skladište puni zrakom pod određenim tlakom tada se voda istiskuje iz skladišta. Pri tome se voda ne bi morala trošiti, zahvaljujući tome što je bi se rezervoar sa vodom mogao nalaziti na povišenom terenu, ili na visokoj zgradi. Ako je radni tlak skladišta komprimiranog zraka 10 atmosfera tada bi se rezervoar za vodu trebao nalaziti na 100 metara visinske razlike, a ako bi skladište od jakih kompozitnih materijala radilo na 35 atmosfera tada bi se rezervoar za vodu mogao nalaziti 350 metara više. Ovaj uvjet bi se lako mogao postići kod skladišta komprimiranog zraka izrađenih pri dnu planina, koji 350 metar više imaju neko malo jezero. Tamo gdje nema povišenih jezera, a kod manjih skladišta komprimiranog zraka rezervoar za vodu bi mogao unutar sebe imati vrlo jaku oprugu koja bi služila za održavanju stalnog tlaka vode u rezervoaru vode, a time bi se održavao i tlak u posudi koja služi za skladištenje komprimiranog zraka.

Skladištenje energije komprimiranim zrakom ima još jednu važnu prednost na pustinjskim lokacijama. Kod utiskivanja zraka u posude za skladištenje zraka stvara se povišena temperatura. Ta temperatura se može iskoristiti za zagrijavanje prostorija ili plastenika. Kada se stlačeni zrak ohladi na dnu posude se pojavi kondenzirana voda koju je moguće koristiti za navodnjavanje, ili za piće nakon filtriranja. Kada se stlačeni zrak upotrebi za proizvodnju energije on na izlazu iz turbine ima vrlo nisku temperaturu. Taj ohlađeni zrak se može koristiti u izmjenjivaču topline za hlađenje određenih prostorija. Propuštanjem hladnog zraka kroz uređaj za proizvodnju vode kondenzacijom iz vode moguće je dobiti znatne količine destilirane vode koja se može koristiti za piće ili navodnjavanje. Jedan ovakav uređaj su klima uređaji koji hlade zrak, a proizvedena voda im je slučajni nepotrebni nusproizvod. Ako bi se klima uređaji malo prepravili tada bi mogli proizvoditi puno više vode, ali više ne bi služili za hlađenje prostora.

Ovakva skladišta komprimiranog zraka sa dodanom mogućnošću proizvodnje vode mogli bi se proizvoditi za potrebe obiteljskih domaćinstava, ali veliki ekološki fondovi guraju tehnologiju vodika koja je primjenjiva samo u velikim pogonima. To je stoga što ekološki fondovi nastoje razvijati ekološke obnovljive zelene tehnologije za potrebe velikih korisnika i električnih mreža, dok tehnologije pogodne za obiteljske korisnike nastoje zanemariti. Od malih korisnika koji rade samo za svoje potrebe teško je uzeti profit i porez.

Ova tehnologija mogla bi biti vrlo korisna na brodovima, jahtama, kataramanima i drugim plovilima. Na takvim objektima energija bi se mogla dobivati vjetoturbinama sa širokim jedrima koja se mogu skupljati. Energija bi se u obliku komprimiranog zraka skladištila u dugačke široke cijevi smještene na dnu broda. Te cijevi bi služile kao kobilica broda, kao skladišta energije, a i kao balast. Uz dobivanje energije brod bi kod punjenja i pražnjenja komprimiranog zraka dobivao i pitku vodu. Sa ovakvim skladištem energije koje semože puniti i za vrijeme dok je brod na sidrištu brod bi mogao ploviti čak i direktno u vjetar tako da potpuno skupi jedra i plovi prema jedru uskladištenom energijom.