Az energiatárolás mindennapok technológiája a jövőből Dr. Pálfi Géza MVM Energia Akadémia 201 Október 1
Tartalomjegyzék 1 2 A villamos-energia tárolásának okai Energiatárolási módszerek osztályozása 3 4 5 Legismertebb energiatárolási módszerek Lithium ionos energiatárolás Mit hoz a jövő? 10/13/2015 2
A villamos-energia tárolásának okai 10/13/2015 3
EUR/MWh Miért tároljuk a villamosenergiát? Okok az energiatárolásra 1. Hagyományos okok Magas termelési költségek a fogyasztási csúcsidőszakban Folyamatos és rugalmas ellátás szükséglete Nagy távolság a termelő és a fogyasztó között Hálózati szűkkeresztmetszetek Kábeles energia átvitel Aktualitások CO 2 kibocsátás csökkentése több megújuló energia, kevesebb fosszilis Optimalizált, intelligens villamos energia termelés és felhasználás Smart Grid 10/13/2015 4
+ 1. Energiatárolás, mint a megújuló forrású energiatermelés hiányzó láncszeme Alaptétel: a termelést és a felhasználást egyensúlyban kell tartani. Franciaországban például a téli hőmérséklet 1 C fokos csökkenése 2,3 GW többlet teljesítményt igényel rendszerszinten. Az elmúlt 5 évben ugrásszerűen megnőtt a megújuló alapú energiatermelés. Csak Németországban a 2009. és 201 között ~40 GW új megújuló forrású termelőt üzemeltek be. Ez a rendszerszinten szükséges kiegyensúlyozó energia iránti kereslet megnövekedését hozta magával. A nap- és szélfarmok közelébe telepített, modulárisan méretezhető energiatárolókkal a probléma decentralizáltan is kezelhető a szokásos centralizált, rendszerirányítói módszerek mellett. Rendszerszinten és centralizáltan 10 MW a legkisebb egység, amiben gondolkodni lehet, decentralizáltan nagyságrenddel kisebb is alkalmas. A decentralizált tárolás magával hozza a mérlegkör szintű kiegyensúlyozó energia szükséglet optimalizálás lehetőségét is. -> a kiegyensúlyozatlan területhez legközelebb eső tárolóból való kiegyensúlyozás a hálózati veszteség révén olcsóbb forrásként funkcionál Megfelelő piaci körülmények (zsinór és csúcsidőszaki áram ár különbség) között akár arbitrázsra is lehet használni az energiatárolókat. 10/13/2015 5
Energiatárolási módszerek osztályozása 10/13/2015 6
Energiatárolás osztályozása Ábra / fénykép / illusztráció helye Az egyes energiatároló technológiák érettsége 1. Mechanikus Helyzeti energia alapú Mozgási energia alapú Termikus ICE (ice energy storage system) Olvadt só Kémiai H2 tárolás tüzelőanyag cella Tradicionális, fosszilis tüzelőanyagok Elektrokémiai Akkumulátorok Direkt villamos energia alapú Elektrosztatikus Elektrodinamikus 10/13/2015 PSH pumped-storage hydroelectricity; CAES compressed air energy storage; SMES superconducting magnet energy storage> 7
Az energiatároló technológiák elhelyezkedése a teljesítmény áthidalási idő koordináta rendszerben Legszélesebb körű felhasználhatóság 10/13/2015 PSH pumped-storage hydroelectricity; CAES compressed air energy storage; SMES superconducting magnet energy storage 8
A világon jelenleg üzemelő, hálózati csatlakozású energiatároló kapacitások (MW) -2014 10/13/2015 9
Legismertebb energiatárolási módszerek 10/13/2015 10
Szivattyús energiatározó (PSH*) Jellemzői Ciklushatásfok: 65-78% Energiatartomány: 1 50 GWh Teljesítménytartomány: 100 MW 3 GW Élettartam: >40 év Reakció idő: s min. + Kiforrott technológia + Magas teljesítmény és energia Magas környezeti terhelés tájátszabás Nagy induló beruházás, 500 1500 EUR/kW Alkalmazás Hálózati szintű szolgáltatások Világszerte 51 db. egyenként 1 GW nettó teljesítményt elérő nagy PSH működik Az összes PSH teljesítmény 140 GW, ami a világ összes energiatároló teljesítményének 99%-a 10/13/2015 *PSH pumped-storage hydroelectricity 11
Sűrített levegős energiatároló (CAES*) Jellemzői Ciklushatásfok: 50-70% Energiatartomány: 10 MWh 10 GWh Teljesítménytartomány: 10 MW 300 MW Élettartam: >30 év Reakció idő: min. Típusai: adiabatikus, diabatikus, izotermikus + Magas teljesítmény és energia Részben kiforrott technológia, kevés projekt (USA és Németország) Közepes környezeti terhelés Nagy kezdeti beruházás, 400 1200 EUR/kW Alkalmazás Hálózati szintű szolgáltatások Decentralizált tárolás megújuló termelők mellett 10/13/2015 *CAES compressed air energy storage 12
Jellemzői Hidrogéntárolás Ciklushatásfok: 25-35% Energiatartomány: 10 kwh 10 GWh Teljesítménytartomány: 1 kw 10 MW Élettartam: 5 10 év Reakció idő: s min. Típusai: magasnyomású, alacsony hőmérsékletű, szilárd bázisú + Kiemelkedően környezetbarát + Szinte kifogyhatatlan Részben kiforrott technológia, a hidrogén nagyon illékony Alkalmazás Drága, 6000 EUR/kW Decentralizált tárolás megújuló termelők mellett Tervben: hálózati szintű szolgáltatások (HyUnder projekt) Közlekedés, hidrogén hajtású járművek 10/13/2015 *CAES compressed air energy storage 13
Jellemzői A lendkerekes energiatároló Ciklushatásfok: 85% Energiatartomány: 5 10 kwh Teljesítménytartomány: 1 20 MW Élettartam: >100 000 ciklus Reakció idő: ms + Alacsony környezeti terhelés + Mechanikailag kiforrott, bevált technológia Kis áthidalási idő, kevés energiát tárol Alkalmazás Drága energia 2000 8000 EUR/kWh Közlekedés (vonat, metró, F1 KERS*) UPS* Hálózati szintű szolgáltatási pilot 10/13/2015 *UPS uninterrupted power supply; KERS kinetic energy recovery system 14
Jellemzői Alkalmazás Szuperkondenzátor Ciklushatásfok: 90 95% Energiatartomány: 1 5 kwh Teljesítménytartomány: 10 kw 5 MW Élettartam: 5 10 év Reakció idő: ms + Kiemelkedő hatásfok + Alacsony környezeti terhelés + Kiforrott, bevált technológia Nagyon kis áthidalási idő, kevés energiát tárol Nagyon drága energia 10 000 20 000 EUR/kWh UPS Számítógép alaplapra épített háttér teljesítmény Regeneratív teljesítmény (közlekedési eszközökben) Gyorstöltő megoldások 10/13/2015 15
Lithium ionos energiatárolás 10/13/2015 16
Lithium ionos energiatárolás Tulajdonságok A Lítium a legkönnyebb fém Legnagyobb elektrokémiai potenciál A legreakcióképesebb fém Nagy energiasűrűség Más elemekkel kombinálva nem reagál a vízzel Eleinte drágák voltak, de a tömeggyártás versenyképessé tette őket Többnyire nincs folyékony elektrolit Magas energiasűrűség kb. 4x ólomzselés Nagyon kisméretű cellák is megvalósíthatók Alacsony tömeg Akár több 1000Ah cellák is gyárthatóak Gyorsan tölthetők, néhány órától 20 percig Mély kisüthetők 80%DOD, az ólom alapú 50% Nagyon alacsony önkisülés. Jó töltéshatásfok, akár 95% Nincsen memória effektus Magas ciklusszám. Több ezer, 80% DOD mellett 10/13/2015 17
Lithium ionos energiatárolás Intellistore TM 1000-0,5 MW/1 MWh - max. 2 óra áthidalási idő - 40 tengeri konténer - 0,4 kw os csatlakozás - BESS (szállítható energiatároló) - 6 éves projekt keretében épült meg - Kb. 30 magyar szakember, magyar mérnök munkája - Magyar kockázati tőkéből épült - Több szabadalom (1 világszabadalom) köthető a berendezéshez: inverter, szoftveverek, BMS (Battery Management System) - A működtető szoftver (Virtual Power Plant) alapja cca. 400 MW gázmotort működtet az országban (ENTSO E akkreditált; Referencia: Veolia, RWE, E - ON) - 29 hónapos kereskedelmi próbaüzem 10/13/2015 18
Lithium ionos energiatárolás Intellistore TM Multi - 5 konténerben elhelyezhető - Max. 6 MWh - Kis-, vagy középfeszültségen - Multikonténer koncepció célja: olyan energiatároló komplexum megtervezése/megépítése, mely a különböző áthidalási idejű (akár 12 óra) - Nemcsak kis-, hanem középfeszültségű csatlakozás lehetőségének biztosítása - Konténeres építés ár/érték arányának határa: 6 MWh nál nagyobb energiatároló megépítése már csarnokba épített módon éri meg (könnyebb hűtés, épület négyzetméter ára jóval olcsóbb, stb.) KIVÉVE amennyiben kimondottan konténeres megoldás az igény 10/13/2015 19
Lithium ionos energiatárolás Épített energiatároló Ízisz projekt - ENTSO E 3 rd Party TYNDP 2014 - Egyetlen akkumulátoros energiatároló projekt - 120 MW/225 MWh - Tisza Erőmű területén - elbírálás alatt áll 10/13/2015 20
Mit hoz a jövő? 10/13/2015 21
Az energiatárolás robbanásszerű növekedését Az akkumulátoros tárolás exponenciális növekedését 1. Az IHS* piackutató cég szerint az energiatárolás piaca 2017-re eléri az évi 6 GW új tároló telepítést, míg 2022-re meghaladja az évi 40 GW-t. 2013-ban összesen 0,34 GW telepítés történt. Melyik energiatároló technológia iránt lesz a legnagyobb kereslet a következő 5 évben? Egy IMS Research kutatás szerint a PV parkokból származó villamos energia tárolása ami kevesebb mint 200 millió USD volt 2012-ben katapultálni fog 19 milliárd USDre 2017-ig. 10/13/2015 *IHS Information Handling Services Inc. 22
IDÉZET Nyílt levél Axel Bojanowski, Spiegel részére írta :Karlheinz Dingelheim Energiaváltás/egyre közelebb a teljes áramkimaradáshoz Az Essen-i Trimet alumíniumkohó az utolsó 12 hónapban a termelés leállításával már kétszer megmentett minket a teljes áramkimaradástól. A Trimet annyi áramot fogyaszt mint Essen, Dortmund és Bochum városa összesen. Ez annyit jelent mint két erőmű lekapcsolása. A leállást rendelkezésre állási pausáléval és ezen kívül 400 Euro /MWh ig terjedően jutalmazzák és ez is a szükségtervhez tartozik. A leállásra azért volt szükség, mert a szélenergia hirtelen leállása miatt a hálózatok közvetlenül az összeomlás előtt álltak. http://www.eike-klima-energie.eu/energie-anzeige/die-energiewende-ein-fast-endloser-katalog-des-versagens/ 10/13/2015 23
1 MW/5 MWH Világszinten előremutató projekt 29 MWH MEGÚJULÚ TERMELELŐK NAGY INTENZITÁSÚ TELEPÍTÉSE DECENTRALIZÁLTSÁG RENDSZERBIZTONSÁG 10/13/2015 24
Terna_Francesco Del Pizzo CEO Terna Plus 10/13/2015 Energy Storage Forum 2013 Presentation 25
Terna_Francesco Del Pizzo CEO Terna Plus 10/13/2015 Energy Storage Forum 2013 Presentation 26
Terna_Francesco Del Pizzo CEO Terna Plus 10/13/2015 Energy Storage Forum 2013 Presentation 27
Terna_Francesco Del Pizzo CEO Terna Plus 10/13/2015 Energy Storage Forum 2013 Presentation 28
Technológia beszállítóként veszünk részt a Kalifornia államban 40 millió lakos, 2200 Mrd. USD GDP jelenleg folyó energiatárolási tendereken. Egy 201 évi rendelet kötelezi a 3 kaliforniai áramszolgáltatót 1325 MW összteljesítményű energiatároló villamos hálózatba építésére 2020-ig 10/13/2015 29
Az A.W.E. Kft. egy amerikai-svéd vegyesvállalat beszállítójaként vesz részt a tendereken az energiatároló megoldásunkkal. 4 MW/16 MWh ~ 16 M USD 3 x 4 MW/16 MWh ~ 50 M USD 10 MW/40 MWh ~ 40 M USD 4 MW/12 MWh ~ 12 M USD 100kW/200kWh ~ 700 k USD 10/13/2015 30
Magyarországi lehetőségek - Korábbi MAVIR elképzelések továbbvitele 200 300 MW decentralizált szekunder tartalék bázis kiépítése hosszú távon (több technológia beépítése, pilot projektek eredményeit felhasználva) - Megújuló parkok bevonása az energetikai-, szabályozási láncba energiatárolókon keresztüli rendszerszintű szolgáltatások - Ipari parkok bevonása energiatárolók beépítése a nagyobb biztonság elérése érdekében + részvétel a szabályozási piacon -> extra bevételek, gyorsabb megtérülés - További célcsoportok: állami vállalatok, honvédség, állami szervek (kormányzati negyedek, rendvédelmi szervek), szerver parkok 10/13/2015 31
Köszönöm a figyelmet és várom kérdéseiket!