Technika magazynowania energii w ciekłym powietrzu

• Autorzy: Mirek P.

Warianty tytułu

EN

Liquid air energy storage technology

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zainteresowanie układami magazynowania energii jest naturalną konsekwencją realizacji polityki „20-20-20”, która zgodnie z zapisami Pakietu Energetyczno-Klimatycznego zakłada stopniowe zwiększenie udziału odnawialnych źródeł energii w technologiach produkcji ciepła i elektryczności. Zgodnie z prognozami udział ten w roku 2050 powinien stanowić 57% globalnego zapotrzebowania na energię, przy czym energia z wiatru i słońca stanowić będzie 26% tej wartości. Niestety, zamiana tradycyjnych źródeł wytwarzania elektryczności na źródła rozproszone charakteryzujące się nierównomierną charakterystyką podaży stanowi ogromne wyzwanie dla ca- łego systemu energetycznego. W tej sytuacji jedynym rozwiązaniem pozwalającym na stabilizację pracy sieci jest magazynowanie energii. Dzięki temu w sposób efektywny można rozdzielić procesy wytwarzania i konsumpcji elektryczności, co pozwala na uelastycznienie pracy źródeł wytwarzania. Wśród licznych rozwijanych obecnie technik magazynowania energii, na szczególną uwagę zasługuje technologia kriogeniczna oparta na ciekłym powietrzu (ang. Liquid Air Energy Storage – LAES). W porównaniu z innymi technologiami magazynowania technologia ta wykazuje wiele unikalnych zalet, z których najważniejsze to: niezależność od formacji geologicznych, możliwość zagospodarowania nadprodukcji ciekłego azotu, jak również wykorzystania źródeł o małej egzergii. Technologia LAES jest jedyną technologią magazynowania, która nie wykazuje szkodliwego oraz degradacyjnego oddziaływania na środowisko. Kriogeniczne magazyny energii wykazują pełną zdolność do integracji ze wszystkimi źródłami wytwarzania, mają stosunkowo prostą budowę a co najważniejsze nie wymagają projektowania urządzeń prototypowych znacznie zwiększających ryzyko i nakłady inwestycyjne instalacji. W artykule dokonano wielokryterialnej analizy porównawczej różnych technik magazynowania energii ze szczególnym uwzględnieniem technologii LAES. Opisano podstawowe fazy procesu magazynowania energii w skroplonym powietrzu zwracając uwagę na korzyści wynikające z zastosowania bezpośredniej metody skraplania. Przedstawiono zalety integracji kriogenicznych układów magazynowania z systemem energetycznym oraz możliwości wykorzystania ich w procesie zagospodarowania źródeł energii o niskiej jakości.

EN

The interest in energy storage systems is a natural consequence of the implementation of the “20-20- 20” policy, which, in accordance with the provisions of the Energy and Climate Package assumes a gradual increase in the utilization of renewable energy resources in heat and power energy technologies. As expected, this share in 2050 should constitute 57% of the global demand for energy, but the wind and solar energy will constitute 26% of this value. Unfortunately, the replacement of the conventional power plants with the scattered renewable energy sources characterized by non-uniform characteristics of supply is the big challenge for the whole energy system. In this situation, the only solution to stabilization of the power grid system is to use energy storage systems. These systems are well suited for dispatching the processes of generation and utilization of energy allowing for significantly increasing the flexibility of the power plants. Nowadays, among the large number of developing energy storage technologies, a special attention deserves the liquid air energy technology (LAES). As compared with other energy storage technologies LAES has a number of unique advantages, which are: independence from geological formations, the possibility of utilization of a large surplus of liquid nitrogen as well as of low exergy resources. LAES technology is the only technology of storage, which causes no harmful and degrading impact on the environment. Cryogenic energy storages have ability to integration with all conventional power plants, have relatively simple structure and do not require a utilization of prototype devices, which significantly increase the risk and investment costs. In the paper a multi-criteria comparative analysis of different energy storage technologies with a particular attention on Liquid Air Energy Storage technology has been presented. Basic principles of Liquid Air Energy Storage as well as the benefits of a direct liquefaction method have been discussed. The advantages resulting from integration of the cryogenic energy storage technology with an electric power system as well as utilizing low-quality energy in such systems have been presented.

Słowa kluczowe

PL

magazynowanie energii w skroplonym powietrzu (LAES) kriogeniczne magazynowanie energii (CES); skroplone powietrze

EN

liquid air energy storage (LAES); Cryogenic Energy Storage (CES); liquid air

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Polityka Energetyczna
• Rocznik: 2016
• Tom: T. 19, z. 1
• Strony: 73--85
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Mirek P.

• Instytut Zaawansowanych Technologii Energetycznych, Wydział Infrastruktury i Środowiska, Politechnika Częstochowska,

Bibliografia

• Ameel i in. 2013 – Ameel, B., T’Joen, C., De Kerpel, K., De Jaeger, P., Huisseune, H., Van Belleghem, M. i De Paepe, M. 2013. Thermodynamic analysis of energy storage with a liquid air Rankine cycle. Applied Thermal Engineering 52, s. 130–140.
• Cryogenic air separation. History and technological progress. Linde Engineering, 2013. [Online] Dostępne w: http://www.linde-engineering.com/internet.global.lindeengineering.global/en/images/AS.B1EN%201113%20-%20%26AA_History_.layout19_4353.pdf [Dostęp: 30.09.2015].
• European energy storage technology development roadmap towards 2030, 2014. European Association for Storage of Energy, European Energy Research Alliance. Editor Deborah Martens.
• Highview Power Storage, 5MW Liquid Air Energy Storage pre-commercial demonstrator [Online] Dostępne w: http://www.highview-power.com/wp-content/uploads/2015-LAES-Pre-Commercial-Unit. pdf [Dostęp: 30.09.2015].
• IEA. Technology Roadmap: Energy Storage. OECD/IEA (2014).
• Indirect CO2 emissions compensation: Benchmark proposal for Air Separation Plants, 2010. European Industrial Gases Association (EIGA), Position Paper PP-33.
• Kantharaj i in. 2015 – Kantharaj, B., Garvey, S. i Pimm, A. 2015. Compressed air energy storage with liquid air capacity extension. Applied Energy 157, s. 152–164.
• Kishimoto i in. 1998 – Kishimoto, K., Hasegawa, K. i Asano, T. 1998. Development of generator of liquid air storage energy system. Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Technical Review Vol. 35, No. 3, Oct., s. 117–120.
• Li i in. 2010 – Li, Y., Chen, H. i Ding, Y. 2010. Fundamentals and applications of cryogen as a thermal energy carrier: a critical assessment. International Journal of Thermal Sciences 49, s. 941–949.
• Li i in. 2011 – Li, Y., Jin, Y., Chen, H., Tan, Ch. i Ding, Y. 2011. An integrated system for thermal power generation, electrical energy storage and CO2 capture. International Journal of Energy Research Vol. 35, Issue 13, s. 1158–1167.
• Li i in. 2013 – Li, Y., Wang, X. i Ding, Y. 2013. A cryogen-based peak-shaving technology: systematic approach and techno-economic analysis. International Journal of Energy Research Vol. 37, Issue 6, s. 485–682.
• Liquid Air Energy Storage (LAES). Pumped hydro capability. No geographical constraints. [Online] Dostępne w: http://www.highview-power.com/wp-content/uploads/Highview-Brochure-2015.pdf [Dostęp: 30.09.2015].
• Morgan i in. 2015 – Morgan, R., Nelmes, S., Gibson, E. i Brett, G. 2015. Liquid air energy storage – Analysis and first results from a pilot scale demonstration plant. Applied Energy 137, s. 845–853.
• Ordonez i in. 2001 – Ordonez, C.A., Plummer, M.C. i Reidy, R.F. 2001. Cryogenic heat engines for powering zero emission vehicles. Proceedings of 2001 ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition, IMECE2001/PID-25620.
• Strahan, D. 2013. Liquid Air in the energy and transport systems. Opportunities for industry and innovation in the UK. Full Report. Centre for low carbon futures. Rep. No. 021.
• Strahan, D. 2013. Liquid air technologies – a guide to the potential. Centre for Low Carbon Futures and Liquid Air Energy Network, s. 11.
• Taylor i in. 2012 – Taylor, P., Bolton, R., Stone, D., Zhang, X., Martin, Ch. i Upham, P. 2012. Pathways for Energy Storage in the UK. Centre for Low Carbon Futures, s. 21.
• The World, June 24th 1900, New York.
• Zhang i in 2015 – Zhang, Q., Grossmann, I., Heuberger, C., Sundaramoorthy, A. i Pinto, J. 2015. Air separation with cryogenic energy storage: Optimal scheduling considering electric energy and reserve markets. American Institute of Chemical Engineers Journal Vol. 61, Issue 5, s. 1547–1558.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.