Czy zastanawiałeś się kiedyś, dlaczego w Stanach Zjednoczonych jest tak mało zaciemnień? Skutecznie sprowadza się do tego: elektrownie zawsze wytwarzają więcej energii, niż ludzie o nią proszą.
powiązana zawartość
- Ładowanie z wyprzedzeniem: przyszłość akumulatorów
- Pięć pytań, które powinieneś mieć o nowym kalifornijskim banku baterii Tesli
Gdy tylko energia zostanie wyprodukowana, elektrony przepływają liniami energetycznymi do domów, firm, szkół i szpitali - wszędzie tam, gdzie jest to wymagane. Wytwarzana jest większa ilość energii elektrycznej, niż oczekują od niej operatorzy sieci, więc po naciśnięciu przełącznika zapala się światło.
Niezależnie od tego, czy faktycznie włączysz światła, elektrownie obracają turbiny, gotowe do natychmiastowego wysłania energii do sieci.
Problem nadmiernej mocy wytwórczej jest większy w nocy, gdy zapotrzebowanie jest bardzo niskie, a różnica między ilością potrzebnej i dostępnej mocy jest jeszcze większa. To zniechęca do korzystania z niektórych źródeł odnawialnych, zwłaszcza energii wiatrowej, która działa głównie w nocy, gdy wiatry są najsilniejsze (i kiedy ludzie zużywają mniej prądu). Krótko mówiąc, dużo energii elektrycznej i, co ważniejsze, czysta energia elektryczna jest wytwarzana w niewłaściwym czasie.
Tam właśnie pojawia się magazynowanie energii. Przechowywanie energii, gdy jest wytwarzana, i uwalnianie jej, gdy jest potrzebna, pomaga utrzymać niezawodność sieci i toruje drogę do wprowadzenia do mieszanki odnawialnych źródeł energii odnawialnej, takich jak wiatr i słońce.
Firmy energetyczne i technologiczne od lat pracują nad wyeliminowaniem niedopasowania podaży / popytu, a baterie stały się głównym konkurentem do magazynowania energii elektrycznej. Na przykład Tesla Inc. zainwestowała ponad 600 milionów dolarów w Gigafactory w Nevadzie, aby wyprodukować masowe ilości akumulatorów litowo-jonowych.
Ale pewna firma energetyczna w Alabamie znalazła inne miejsce do umieszczenia dużej ilości nadwyżki energii - w jaskiniach solnych. Pół mili pod ziemią jaskinia solna, która mogłaby pomieścić Statuę Wolności, zawiera najbardziej przydatne zasoby Spółdzielni Energetycznej South Power: powietrze.
Od 25 lat spółdzielnia opanowała sztukę i naukę sprężania powietrza, magazynowania go w grocie solnej pod ziemią i wykorzystywania go do produkcji elektryczności. Elektrownia McIntosh w McIntosh w Alabamie jest jedynym zakładowym magazynem energii na sprężone powietrze (CAES) w Stanach Zjednoczonych i jednym z niewielu na świecie.
W nocy, kiedy śpisz, a urządzenia odpoczywają, roślina zużywa nadmiar prądu z sieci do sprężania powietrza i pompowania go pod ziemią do szczelnej groty solnej.
„Sól to piękny mechanizm magazynowania” - mówi Lee Davis, kierownik zakładu McIntosh.
Jest tak, ponieważ jaskinie zapewniają duże, nieprzepuszczalne przestrzenie. Sprężone powietrze pozostaje sprężone, a tlen w powietrzu nie reaguje z solą.
Tam powietrze jest magazynowane pod ciśnieniem od 650 do 1058 PSI, około jednej dziesiątej ciśnienia w szybu naftowym pod wysokim ciśnieniem.
Gdy ludzie potrzebują energii w ciągu dnia, powietrze jest uwalniane do jednostki gazu ziemnego na miejscu, gdzie jest ogrzewane gazem ziemnym, pali się i wytwarza jeszcze cieplejszy strumień gazu, który obraca turbinę i wytwarza energię elektryczną.
Z góry fabryka McIntosh wygląda jak standardowa elektrownia na gaz ziemny, ale bezpośrednio pół mili pod powierzchnią leży unikalny mechanizm magazynowania energii. (Dzięki uprzejmości Power South Energy Cooperative) Sprężone powietrze jest kluczowym składnikiem produkcji energii elektrycznej we wszystkich elektrowniach; jest to kluczowy składnik, który powoduje spalanie gazu, wytwarzając strumień gazu, który kręci turbiną. W typowych elektrowniach gazowych wytwarzanie sprężonego powietrza jest najbardziej energochłonną częścią eksploatacji elektrowni - ponad połowa energii wytwarzanej przez turbinę jest po prostu doprowadzana z powrotem do systemu w celu sprężania powietrza.
Ale instalacja CAI firmy McIntosh jest w stanie sprężać powietrze niezależnie od procesu wytwarzania energii, gdy jest to najbardziej ekonomiczne, ponieważ ma miejsce do przechowywania - kopalnię soli. Zakład ma wystarczającą ilość zgromadzonego powietrza, aby turbina o mocy 110 megawatów mogła wytwarzać energię przez 26 godzin, zasilając nawet 110 000 domów.
Dzięki sprężaniu powietrza w nocy, gdy energia elektryczna jest tania i obfita, zamiast wykorzystywać moc turbiny do sprężania, fabryka zużywa mniej gazu ziemnego do wytworzenia tej samej ilości energii elektrycznej. Umożliwia także stosowanie czystych źródeł energii elektrycznej do kompresji.
Chociaż fabryka McIntosha nie działa obecnie bezpośrednio w tandemie z żadnymi elektrowniami odnawialnymi, z pewnością mogłaby i to jest kluczowa idea. Energia elektryczna wykorzystywana do sprężania powietrza może być wytwarzana przez turbiny wiatrowe, jak planuje się w Bethel Energy Center w zachodnim Teksasie. Apex CAES LLC zebrał 100 milionów USD na Centrum, które, gdyby powstało, byłoby solnym ośrodkiem CAES połączonym z wiatrem. Centrum planuje wykorzystać energię elektryczną wytwarzaną przez pobliskie turbiny wiatrowe w nocy do sprężania powietrza i zasilania go w turbinę gazową w ciągu dnia.
Biorąc pod uwagę, że elektrownie na gaz ziemny rosną w całym kraju, magazynowanie sprężonego powietrza stanowi sposób na zintegrowanie źródeł odnawialnych i ostatecznie spalenie mniejszej ilości gazu.
Jednak sprężone powietrze nie jest panaceum. Podczas gdy elektrownie gazowe są stosunkowo tanie w budowie i eksploatacji, niska cena gazu ziemnego oznacza również, że istnieje mniejsza motywacja do poszukiwania alternatyw dla elektrowni lub instalowania opcji oszczędzających gaz.
Przy obniżonym koszcie gazu ziemnego i ryzyku związanym z wdrożeniem stosunkowo nowej technologii, która ma niewiele projektów, trudno jest wyobrazić sobie CAES. Projekt Bethel Energy Center jest rozwijany od 2011 roku i musi jeszcze pozyskać dodatkowe 400 milionów USD potrzebnego kapitału.
„Nie można łatwo zejść z czegoś nowego i innego” - mówi Stephen Naeve, dyrektor operacyjny Apex CAES.
Inne projekty testowe zakończyły się niepowodzeniem z powodu wysokiego kosztu opracowania - od kosztów utylizacji solanki solnej powstałej podczas procesu wydobycia po ryzyko eksploracji lokalizacji, które mogą okazać się nieodpowiednie z geologicznego punktu widzenia. Jeśli chodzi o konkurencję w zakresie magazynowania, akumulatory są pod wieloma względami bardziej elastyczne, ponieważ można je zlokalizować bliżej miejsca, w którym zapotrzebowanie na energię jest, chociaż według Apex akumulatory są (przynajmniej na razie) znacznie droższe w dłuższej perspektywie.
Ale spółdzielnia energetyczna Power South nadal chętnie rozmawiałaby z innymi sojusznikami CAES. Rzeczywiście, placówka McIntosh przyciągnęła gości z Kalifornii, Utah, Nowego Jorku i Idaho.
Jeśli sól jest sposobem na zwiększenie wydajności elektrowni gazowych i wykorzystanie odnawialnych źródeł energii, proszę podać sól.
Nota redaktora: Wcześniejsza wersja tego artykułu początkowo błędnie przedstawiała, że do sieci przesyłane jest więcej energii, niż jest to wymagane, i tam się marnuje. W rzeczywistości nadmiar energii jest marnowany, zanim zostanie wysłany do sieci w wielu procesach. Smithsonian.com żałuje błędu.
