Sprężone powietrze przechowuje energię

Naukowcy i inżynierowie pracujący dla amerykańskiej firmy technologicznej SustainX, opracowali rozwiązanie zwiększające wydajność elektrowni wiatrowych oraz moc takich urządzeń.

Problemem elektrowni wiatrowych jest wysokie zapotrzebowanie na energię w dzień, przekraczające czasem możliwości siłowni. Tymczasem często wiatr w dzień jest słabszy niż nocą. Zwykle energia z dużych elektrowni wiatrowych, pozyskana nocą i wykorzystywana w dzień, trafiała do stacji akumulatorowych złożonych jednostek litowo-jonowych lub przepływowych. Jednak stworzenie jednostki składującej pociągało za sobą bardzo wysokie koszty, co obniżało drastycznie stopę zwrotu z inwestycji, odstręczając inwestorów od budowy siłowni wiatrowych.

Badacze z SustainX postanowili ułatwić składowanie energii wytwarzanej w nocy. Ich rozwiązanie oparte było na sprzężonym powietrzu. W klasycznym, stosowanym już systemie tego typu, nadwyżki energii, pozyskane w nocy, używane są do sprężania powietrza, które potem jest wykorzystane do poruszania generatorów, wytwarzających prąd. Jednak sprawność takich systemów nie jest wysoka, bowiem poruszające generator powietrze musi zostać bardzo silnie sprężone. Sprężone powietrze składowane jest w kawernach bądź w podziemnych zbiornikach.

W rozwiązaniu, jakie wymyślili naukowcy i inżynierowie z USA, sprężone powietrze jest składowane w zbiornikach naziemnych, a wartość ciśnienia w nich nie jest wysoka. Do wytwarzania energii zastosowano bowiem zamiast generatorów silniki tłokowe, poruszane sprężonym powietrzem, operujące przy niższych ciśnieniach. Są one też mniejsze i tańsze niż generatory.

Badacze dodatkowo zwiększyli wydajność całego układu. Powietrze jest bowiem sprężane jako zimne i przed zastosowaniem go do napędu silnika konieczne jest jego podgrzanie. W rozwiązaniu SustainX energia z zewnątrz musi być użyta tylko do wstępnego podgrzania powietrza trafiającego do silnika przy rozruchu całego urządzenia. Ciepło sprzężonego powietrza w pracującym już silniku jest bowiem absorbowane przez wodę wtryskiwaną do cylindra - ta sama woda ogrzewa następną porcje powietrza, trafiającego do cylindra. Nie jest więc konieczne stałe podgrzewanie powietrza przesyłanego ze zbiornika.

Według badaczy zastosowanie tego rozwiązania zwiększa sprawność układu z 5. do 95 proc. Obecnie chcą oni zmniejszyć cenę naziemnych zbiorników lub opracować tanie zbiorniki podziemne dla sprężonego powietrza - stosowane obecnie naziemne zbiorniki są bowiem droższe niż podziemne kawerny.

SustainX opracowała prototyp systemu o mocy 4. kW i obecnie buduje wersję o mocy 1 MW. Będzie ona zainstalowana w 2012 roku w elektrowni wiatrowej firmy AES w Kalifornii.