9 Minutės
Google remia drąsią ilgo laikymo energijos saugojimo idėją: milžiniškus kupolus, pripildytus suslėgto CO2, kurie veikia kaip įkraunamos „baterijos“. Šią koncepciją sukūrusi Italijos bendrovė Energy Dome siūlo technologiją, galinčią kaupti didelius kiekius atsinaujinančios energijos ir grąžinti ją į elektros tinklus arba duomenų centrus, kai saulės ir vėjo galia sumažėja. Tokia ilgo laikymo energijos saugykla (angl. long-duration energy storage) gali tapti svarbiu sprendimu energetikos pereinamojo laikotarpio metu, siekiant tinklų patikimumo ir dekarbonizacijos tikslų.
Kaip iš tikrųjų veikia CO2 „baterija“
Energy Dome sistema naudoja terminį šilumos kaupimą ir anglies dvideginio (CO2) fazės pasikeitimą energijai laikyti. Per maždaug 10 valandų įkrovos ciklą sistema atšaldo CO2 ir suskystina jį, tuo pačiu užfiksuodama energiją aukšto slėgio kupoluose. Suslėgto ir atšaldyto skysčio būklėje CO2 veikia kaip energijos laikymo terpė: kol jis yra skystas ir slėgį palaikant viduje, energija išliksta „užrakinta“. Kai energija reikalinga, skystas CO2 vėl leidžiamas išgaruoti, atšyla, o išgaravimas ir temperatūros padidėjimas generuoja slėgį, kuris suka Didelio galingumo turbinas ir taip gamina elektros energiją.
Technologiškai tai yra terminė energijos saugykla (thermal energy storage), kuri išnaudoja fazės pokytį ir šalčio bei šilumos mainus vietoj cheminių reaktyvių medžiagų, kaip įprasti ličio jonų elementai. Sistema apima šilumos mainų modulius, slėginius rezervuarus (kupolus), kompresorius ir turbininius modulius, taip pat automatizuotą valdymo sistemą, kuri optimizuoja įkrovos ir iškrovos ciklus pagal tinklo poreikį ar duomenų centro apkrovą. Tokio tipo sprendimas pasižymi moduliškumu, paprastesne tiekimo grandine ir mažesniu priklausymu nuo retųjų žemės elementų, todėl jis laikomas dažnai minimu kaip perspektyvi alternatyva tradicinėms baterijoms ilgesniam energijos saugojimui.
Kiti svarbūs techniniai aspektai: operaciniai slėgiai ir temperatūros kontrolė, skysčio CO2 sandarumas ir valdymas, kompresorių bei turbinių efektyvumas, šilumos mainų nuostoliai per stovėjimo laikotarpį, taip pat įrenginių atsparumas cikliniam krūviui. Kiekviena šių sudedamųjų dalių lemia sistemos bendrą „round-trip“ efektyvumą (kiek įdėtos energijos pavyksta atgauti iš sistemos) ir eksploatacines sąnaudas, todėl inžineriniai sprendimai orientuojami į šių rodiklių optimizavimą.
Be to, CO2 turi palankias termodinamines savybes fazės pokyčiui tam tikruose slėgiuose, o pats atliekamas ciklas leidžia pasiekti didelius energijos tankius dideliuose slėgiuose esant palankioms sąlygoms. Tačiau praktiniai rezultatai ir komercinė sėkmė priklausys nuo pilotinių bandymų duomenų: ilgaamžiškumo, priežiūros poreikio, integracijos su vietiniais tinklais ir bendrų investicijų grąžos (LCOE ir LCOH rodiklių) analizės.
Kokiu mastu saugoma energija ir praktiškumas
Kiekvienas kupolas gali saugoti maždaug 200 megavatvalandžių (MWh) energijos — tai, pagal įmonės skaičiavimus, pakanka maždaug šešių tūkstančių namų aprūpinimui elektros energija vienai dienai, esant vidutiniam suvartojimui. Toks mastas iškelia CO2 saugojimą į kitą kategoriją, palyginti su trumpalaikių akumuliatorių sistemomis, kurios paprastai orientuotos į kelių valandų talpą. CO2 kupolai yra projektuojami taip, kad padengtų kelių valandų ar net kelių dienų pertraukas tarp atsinaujinančios energijos gamybos ir paklausos — ypač svarbu vietovėse, kur saulės ir vėjo generacija yra sezoniškai kintama.
Praktinis mastelis taip pat turi poveikį ekonomiškai aktualiems rodikliams: didesnė talpa leidžia sumažinti kWh kainą laikymo etape, nes fiksuotos investicijos paskirstomos didesniam energijos kiekiui. Vis dėlto reikia atsižvelgti į vietos paruošimo, statybos, kompresorių ir turbinų įsigijimo kaštus bei integracijos su tinklu arba duomenų centru valdikliais išlaidas. Papildomi aspektai — žemės naudojimas, leidimai, aplinkosaugos reikalavimai ir saugos procedūros skysčio CO2 tvarkymui — taip pat veikia projekto komercinę patrauklumą.
Kodėl Google veikia greitai
Anksčiau šiais metais Google sudarė partnerystę su Energy Dome, o įmonės vadovai teigia, kad planuojama greita diegimo plėtra keliuose strateginiuose duomenų centrų taškuose Europoje, Jungtinėse Valstijose ir Azijos ir Ramiojo vandenyno regione. Google interesas yra aiškus: ieškoma modulinių sprendimų, naudojančių plačiai prieinamus medžiagų šaltinius ir nepriklausančių nuo retųjų mineralų ar sudėtingų tiekimo grandinių. Tokie sprendimai padeda dideliems debesų paslaugų tiekėjams (hyperscalers) siekti energijos neutralumo, tvarumo ir nepriklausomybės nuo pažeidžiamų medžiagų rinkų.
Be to, duomenų centrai veikia 24/7 ir reikalauja patikimos, mažai anglies išskiriančios elektros energijos. CO2 kupolai siūlo galimybę surinkti ir „sus-conkuruoti“ dienos metu pagamintą perteklinę saulės energiją, kad vėliau, vakaro metu ar piko valandomis, ji būtų grąžinta į centrus. Tokia talpa mažina priklausomybę nuo dekarbonizuotų tiekėjų arba nuo išorinių rezervinių sprendimų, taip pat suteikia galimybę optimizuoti elektros kainų arbitrą per parą.
Strateginis diegimas skirtinguose regionuose leidžia Google užtikrinti didesnį tinklų atsparumą ir mažesnį prisitaikymo laiką prie vietinių energijos rinkų svyravimų. Be to, didinti investicijas į naujas energijos saugojimo technologijas reiškia ne tik operacinius privalumus, bet ir viešą įsipareigojimą siekti klimato tikslų, mažinant anglies pėdsaką ir skatinti žiedinę ekonomiką per didesnį atsinaujinančių šaltinių panaudojimą.
Duomenų centrai veikia visą parą ir jiems reikalinga stabili bei žemo anglies dioksido intensyvumo energija. Įsivaizduokite debesų infrastruktūrą, kuri vidurdienį „įsigeria“ perteklinę saulės energiją ir vėliau, vakare ar naktį, naudoja sukauptą energiją piko valandomis — būtent tokį operacinį tarpą CO2 kupolai siekia užpildyti. Tokia galimybė leidžia optimizuoti darbo apkrovas, sumažinti energijos pirkimus iš išorės ir pagerinti energijos kainų prognozavimo modelius duomenų centrų valdymui.
Kur technologija bus išbandyta toliau
Energy Dome jau stato pilotinį projektą Italijos Sardinijos saloje. Jei pilotas pasiteisins, bendrovė planuoja spartų mastelį, pirmiausia pereinant į Karnataka regioną Indijoje, o vėliau — į vietą Viskonsine, JAV. Šie žingsniai atspindi Google domėjimąsi diegti technologiją keliose regionuose, siekiant padidinti rezilientumą ir prisidėti prie dekarbonizacijos tikslų. Pilotiniai projektai yra esminiai norint surinkti vietos lygmens duomenis apie sąnaudas, našumą, valdymo poreikius ir integracijos sudėtingumą.
Renkantis bandymų vietas svarbūs keli kriterijai: prieinamumas prie atsinaujinančios energijos šaltinių (saulės arba vėjo), vietinės energetikos rinkos kainodara, tinklo sandūra, geografinės sąlygos, leidimų procesai ir logistikos kaštai. Sardinija, kur vyksta pilotas, suteikia palankią terpę testuoti tiek saulės energijos kaupimo ir grąžinimo scenarijus, tiek ilgalaikio eksploatavimo aspektus šilto klimato sąlygomis. Karnataka pasižymi skirtingais sąnaudų ir tinklo iššūkiais bei didesne energijos paklausa, o Wisconsin regionas suteikia galimybę išbandyti sprendimą šaltuoju klimatu bei įvertinti įrangos eksploataciją žemesnėse temperatūrose.
Be geografinių testų, svarbu surinkti ir reguliavimo bei rinkos operacijų duomenis: kaip CO2 kupolai dalyvauja energijos prekyboje, rezervų rinkose, tinklo stabilumo paslaugose (ancillary services) ir atsargų valdyme. Sėkmingi pilotai turėtų pateikti aiškius duomenis apie investicijų grąžą, eksploatacines sąnaudas, techninį patikimumą ir saugos standartų laikymąsi.
Privalumai ir kompromisai
- Aukšta talpa: maždaug 200 MWh vienam kupolui orientuota į ilgo laikymo poreikius, kurių ekonomiškai negali spręsti tradicinės ličio baterijos. Tai leidžia padengti kelias valandas ar net dienas trunkančias energijos spragas, ypač kai reikia perkelti didelius energijos kiekius iš gamybos laikotarpių į piko laikus arba į nelaikytas periodus.
- Medžiagų paprastumas: sistema išvengia priklausomybės nuo retųjų žemės elementų ar specializuotų baterijų cheminių medžiagų. CO2 kaip darbo terpė yra plačiai prieinama, o pagrindinės įrangos dalys — kompresoriai, turbinai, šilumos keitikliai ir presuoti rezervuarai — naudoja įprastines pramonines tiekimo grandines, kas gali sumažinti logistikos ir gamybos rizikas.
- Tinklo lankstumas: CO2 kupolai gerai tinka saulės ir vėjo svyravimų glotninimui bei vakariniams piko poreikiams tenkinti. Jie gali teikti įvairias tinklui reikalingas paslaugas: nuo energijos tiekimo piko valandomis, rezervų užtikrinimo iki dažnio palaikymo ir bendros tinklo stabilizacijos per ilgus trukmės intervalus.
- Ankstyvos stadijos rizika: komercinė gyvybingumas vis dar priklauso nuo pilotinių rezultatų, integracijos kaštų ir ilgalaikio patikimumo. Nepaisant perspektyvų, technologija dar nėra plačiai išbandyta komerciniu mastu visose klimatinėse sąlygose, o neplanuoti gedimai ar didesnės nei tikėtasi priežiūros sąnaudos gali paveikti projekto finansinį modelį.
Energy Dome CO2 baterija nėra stebuklingas sprendimas, tačiau tai perspektyvus įrankis komunalinių paslaugų, didelių debesų paslaugų tiekėjų ir energetikos bendrovių arsenale, siekiant eksploatuoti švarią ir patikimą infrastruktūrą dideliu mastu. Jei pilotai ir ankstyvieji diegimai pasirodys ekonomiškai efektyvūs, ši terminė-CO2 technologija gali pakeisti būdą, kaip operatoriai saugo atsinaujinančią energiją ne tik minutėms, bet valandoms ar dienoms. Tokia galimybė ypač svarbi tose rinkose, kuriose reikia ilgalaikės atsargos, siekiant sumažinti priklausomybę nuo iškastinio kuro arba brangių piko režimo sprendimų.
Be ekonominių aspektų, svarbu atkreipti dėmesį į saugumo ir aplinkosaugos valdymą: CO2 tvarkymas reikalauja pritvirtintų procedūrų, avarinių išmetimų prevencijos ir moni toringo sistemų. Taip pat reikšminga atlikti gyvenimo ciklo analizę (LCA), kuri įvertintų bendrą technologijos anglies dioksido pėdsaką, įskaitant statybos, eksploatacijos ir demontavimo etapus. Pagal ekonomiškumo ir tvarumo kriterijus, šis sprendimas turi potencialą būti konkurencingu alternatyvų pluošte, tačiau galutinė komercinė formulė išryškės tik po kelių realių projektų etapų ir atvirų rezultatų sklaidos.
Šaltinis: smarti
Palikite komentarą