Κίνα: Σε πλήρη λειτουργία ο μεγαλύτερος σταθμός αποθήκευσης ενέργειας μέσω πεπιεσμένου αέρα

Σύνοψη

• Ενεργοποιήθηκε στην επαρχία Jiangsu της Κίνας ο μεγαλύτερος σταθμός αποθήκευσης ενέργειας πεπιεσμένου αέρα (CAES) στον κόσμο.
• Η μονάδα προσφέρει ισχύ 300 MW και συνολική χωρητικότητα 1200 MWh, εξασφαλίζοντας ενέργεια για το τοπικό δίκτυο κατά τις ώρες αιχμής.
• Η Shanghai Electric προμήθευσε τον κεντρικό εξοπλισμό, επιτυγχάνοντας κορυφαία επίπεδα θερμοδυναμικής απόδοσης χάρη σε προηγμένους συμπιεστές και εναλλάκτες θερμότητας.
• Η τεχνολογία CAES λειτουργεί ως βιώσιμη εναλλακτική μεγάλης κλίμακας έναντι των μπαταριών λιθίου, προσφέροντας διάρκεια ζωής άνω των 30 ετών χωρίς χημική υποβάθμιση.
• Η απουσία χρήσης ορυκτών καυσίμων για την αναθέρμανση του αέρα καθιστά το έργο μηδενικών εκπομπών κατά τη φάση λειτουργίας του.

Τι είναι και πώς λειτουργεί ο σταθμός CAES της Jiangsu

Το σύστημα αποθήκευσης ενέργειας μέσω πεπιεσμένου αέρα (Compressed Air Energy Storage - CAES) ισχύος 300 MW στην επαρχία Jiangsu αποτελεί πλέον τη μεγαλύτερη εν λειτουργία εγκατάσταση του είδους της παγκοσμίως. Η βασική αρχή λειτουργίας βασίζεται στη χρήση της πλεονάζουσας ηλεκτρικής ενέργειας —συνήθως από ανανεώσιμες πηγές, όπως η αιολική και η ηλιακή— κατά τις ώρες χαμηλής ζήτησης. Η ενέργεια αυτή τροφοδοτεί τεράστιους βιομηχανικούς συμπιεστές οι οποίοι συμπιέζουν τον αтμοσφαιρικό αέρα και τον αποθηκεύουν σε τεχνητά ή φυσικά υπόγεια σπήλαια (όπως παλιά ορυχεία άλατος) υπό εξαιρετικά υψηλή πίεση.

Όταν η ζήτηση στο ηλεκτρικό δίκτυο κορυφώνεται και οι ΑΠΕ δεν επαρκούν (για παράδειγμα, μετά τη δύση του ηλίου), ο πεπιεσμένος αέρας απελευθερώνεται. Η απότομη εκτόνωσή του κινεί υπερμεγέθεις στροβίλους, οι οποίοι είναι συνδεδεμένοι με γεννήτριες, παράγοντας εκ νέου ηλεκτρική ενέργεια. Το συγκεκριμένο έργο εξαλείφει την ανάγκη καύσης φυσικού αερίου για την αναθέρμανση του αέρα κατά την εκτόνωση, κάτι που απαιτούσαν οι παλαιότερες γενιές CAES. Αντ' αυτού, χρησιμοποιεί ένα προηγμένο σύστημα ανάκτησης και αποθήκευσης της θερμότητας που παράγεται φυσικά κατά τη συμπίεση. Αυτή η θερμότητα διατηρείται σε ειδικές δεξαμενές και επαναχρησιμοποιείται για να θερμάνει τον αέρα λίγο πριν αυτός εισέλθει στους στροβίλους παραγωγής ρεύματος.

Ο κεντρικός ρόλος της Shanghai Electric

Η υλοποίηση ενός έργου τέτοιας κλίμακας απαιτεί βαρύ μηχανολογικό εξοπλισμό με μηδενικές ανοχές σε απώλειες πίεσης και θερμότητας. Η Shanghai Electric, ως κύριος προμηθευτής του πυρήνα του συστήματος, ανέπτυξε και παρέδωσε τους συμπιεστές πολλαπλών σταδίων, τους εναλλάκτες θερμότητας και τους στροβίλους εκτόνωσης.

Η πρόκληση στην τεχνολογία CAES αφορούσε ανέκαθεν τον έλεγχο της θερμοδυναμικής. Κατά τη συμπίεση, ο αέρας αναπτύσσει θερμοκρασίες που μπορούν να καταστρέψουν τον εξοπλισμό αν δεν απομακρυνθούν αποδοτικά. Ο εξοπλισμός της Shanghai Electric διαθέτει διατάξεις ενδιάμεσης ψύξης μεταξύ των σταδίων συμπίεσης. Ο απορροφούμενος θερμός αέρας ψύχεται μέσω υγρών μέσων, και αυτή η θερμική ενέργεια διοχετεύεται σε κλειστά μονωμένα συστήματα. Η ικανότητα των συστημάτων αυτών να λειτουργούν με υψηλό βαθμό απόδοσης είναι το στοιχείο που καθιστά το εργοστάσιο της Jiangsu βιώσιμο σε βιομηχανικό επίπεδο, ξεπερνώντας το φράγμα του 70% που ταλαιπωρούσε τις παλαιότερες πειραματικές διατάξεις.

Η αξιοπιστία αυτών των στροβίλων επιτρέπει τη διαρκή και σταθερή παροχή ενέργειας στο δίκτυο, αντιμετωπίζοντας το πρόβλημα της στοχαστικότητας των ανανεώσιμων πηγών. Η δυνατότητα ταχείας απόκρισης καθιστά τη μονάδα ιδανική για υπηρεσίες εξισορρόπησης του δικτύου, διατηρώντας τη συχνότητα στα επιθυμητά επίπεδα.

Σύγκριση με μπαταρίες ιόντων λιθίου (Li-ion) και υδροηλεκτρικά

Η μαζική αποθήκευση ενέργειας παραμένει η βασική τεχνική πρόκληση για την πλήρη απανθρακοποίηση των δικτύων. Σήμερα, οι εγκαταστάσεις αποθήκευσης βασίζονται κυρίως σε δύο τεχνολογίες: τα συστήματα μπαταριών ιόντων λιθίου (BESS) και τα συστήματα αντλησιοταμίευσης. Η τεχνολογία CAES τοποθετείται λειτουργικά ανάμεσα σε αυτές τις δύο.

Σε σύγκριση με τις μπαταρίες ιόντων λιθίου, ο σταθμός της Jiangsu παρουσιάζει πολλαπλά δομικά πλεονεκτήματα. Οι μπαταρίες υποφέρουν από χημική υποβάθμιση με κάθε κύκλο φόρτισης/εκφόρτισης, απαιτώντας αντικατάσταση των κελιών μετά από περίπου μια δεκαετία. Επίσης, η εξόρυξη λιθίου και κοβαλτίου εγείρει σοβαρά περιβαλλοντικά και γεωπολιτικά ζητήματα. Αντιθέτως, η τεχνολογία πεπιεσμένου αέρα βασίζεται σε μηχανικά μέρη (συμπιεστές, σωληνώσεις, γεννήτριες) κατασκευασμένα από χάλυβα, με διάρκεια ζωής που υπερβαίνει τις τρεις δεκαετίες και σαφώς μικρότερο περιβαλλοντικό αποτύπωμα κύκλου ζωής.

Σε σχέση με την αντλησιοταμίευση —η οποία απαιτεί την ύπαρξη δύο υδάτινων ταμιευτήρων σε διαφορετικό υψόμετρο— η τεχνολογία CAES απαιτεί λιγότερο δραστικές γεωγραφικές παρεμβάσεις, εφόσον υπάρχουν διαθέσιμα υπόγεια σπήλαια ή τεχνητές σήραγγες. Η αρχική επένδυση είναι υψηλή, αλλά το λειτουργικό κόστος διατηρείται σε πολύ χαμηλά επίπεδα, καθιστώντας τα 1200 MWh του σταθμού της Jiangsu μια κρίσιμη στρατηγική υποδομή για το ενεργειακό δίκτυο της ανατολικής Κίνας.

Με τη ματιά του Techgear: Εφαρμογή και προοπτικές στην Ελλάδα

Η λειτουργία του σταθμού των 300 MW στην Κίνα αναδεικνύει την ωρίμανση της τεχνολογίας CAES ως ρεαλιστικής λύσης για την εξισορρόπηση των εθνικών δικτύων ηλεκτροδότησης. Για την ελληνική πραγματικότητα, όπου η διείσδυση των ΑΠΕ (κυρίως αιολικών και φωτοβολταϊκών) έχει αυξηθεί κατακόρυφα, το ζήτημα της αποθήκευσης αποτελεί την επόμενη μεγάλη πρόκληση. Συχνά ο ΑΔΜΗΕ αναγκάζεται να προχωρήσει σε περικοπές της «πράσινης» ενέργειας επειδή η παραγωγή υπερβαίνει τη ζήτηση και δεν υπάρχουν επαρκείς υποδομές αποθήκευσης.

Ο εθνικός σχεδιασμός εστιάζει κυρίως στην εγκατάσταση μεγάλων μονάδων μπαταριών και σε επιλεγμένα έργα αντλησιοταμίευσης (όπως της Αμφιλοχίας). Ωστόσο, η γεωλογική μορφολογία της Ελλάδας, με αρκετά εξαντλημένα ορυχεία και σταθερούς υπόγειους σχηματισμούς, θα μπορούσε να υποστηρίξει πιλοτικά έργα πεπιεσμένου αέρα.

Το κύριο πλεονέκτημα για την εγχώρια αγορά ενέργειας θα ήταν η ανεξαρτητοποίηση από την ασταθή αλυσίδα εφοδιασμού μπαταριών και η αξιοποίηση συμβατικής βαριάς μηχανολογίας, υποδομές τις οποίες η Ευρώπη μπορεί να παράγει ή να εισάγει με μικρότερο γεωπολιτικό ρίσκο. Εφόσον οι βαθμοί απόδοσης πλέον ξεπερνούν το 70% χάρη σε τεχνολογίες ανάκτησης θερμότητας, όπως αυτές της Shanghai Electric, το CAES οφείλει να εξεταστεί σοβαρά από τους Έλληνες ρυθμιστές ενέργειας ως μακροπρόθεσμη, στρατηγική εναλλακτική για την ασφάλεια του εθνικού δικτύου.