Ruajtja e ajrit të kompresuar për të gjeneruar energji elektrike: e ardhmja e energjisë së rinovueshme

Sot, studiuesit po kërkojnë zgjidhje inovative për të kapërcyer një nga sfidat më të mëdha në energjinë e rinovueshme: ruajtjen efikase të energjisë. Ndër propozimet më premtuese është ai ruajtja e ajrit të kompresuar për të gjeneruar energji elektrike (CAES), një teknologji që mund të funksionojë si një lloj baterie gjigante për të ruajtur energjinë e tepërt të gjeneruar nga burime të rinovueshme si era dhe dielli.

Ky lloj magazinimi energjie përdor ajrin e kompresuar si mjetin kryesor për ruajtjen e energjisë së tepërt për përdorim të mëvonshëm gjatë kërkesës së pikut ose kur burimet e rinovueshme nuk prodhojnë energji elektrike. Sipas këtij koncepti, sasi të mëdha ajri mund të kompresohen dhe ruhen në zgavra nëntokësore ose rezervuarë, pastaj lirohen dhe përdoren për të gjeneruar energji elektrike kur nevojitet.

Projekti RICAS 2020

Projekti evropian thirri PASURA 2020 synon të eksplorojë përdorimin e shpella të mbyllura nëntokësore për të ruajtur ajrin e kompresuar, duke përfituar nga infrastruktura ekzistuese në pjesë të ndryshme të botës, si minierat e braktisura ose kavitetet natyrore. Këto shpella, sipas shkencëtarëve pas projektit, ofrojnë një mjedis të përsosur për ruajtjen e vëllimeve të mëdha të ajrit me presion të lartë.

Ideja kryesore e RICAS 2020 është të përfitoni nga momentet kur energjia e rinovueshme tejkalon kërkesën. Për shembull, kur ka prodhim të pikut të energjisë diellore ose të erës që përndryshe mund të shpërdorohej. Gjatë këtyre momenteve të tepricës së energjisë, energjia e tepërt përdoret për të kompresoni ajrin dhe ruajeni në shpellat e mbyllura. Më pas, kur sistemi duhet të gjenerojë energji elektrike, ajri i kompresuar lëshohet dhe kalon nëpër një turbinë për të gjeneruar energji elektrike.

Problemi i ruajtjes në energjitë e rinovueshme

Një nga sfidat kryesore për t'u zgjidhur në energjitë e rinovueshme është se, ndryshe nga burimet konvencionale të energjisë, gjenerimi i tyre është me ndërprerje. Era nuk fryn gjithmonë dhe dielli nuk shkëlqen gjithmonë, që do të thotë se ka raste kur nuk prodhohet mjaftueshëm energji e rinovueshme për të plotësuar kërkesën.

Ky problem është zgjidhur pjesërisht në rastin e fotovoltaikëve diellorë falë përparimeve në bateri, por ruajtja e energjisë së erës mbetet një sfidë pa një zgjidhje të qartë. Ky është vendi ku ruajtja e ajrit të kompresuar, i cili ofron një alternativë për ruajtjen e energjisë së erës kur nuk ka kërkesë të menjëhershme për energji elektrike.

Kjo lloj teknologjie ka një rëndësi në rritje në peizazhin global të energjisë, pasi kërkesa globale për ruajtjen e energjisë pritet të rritet ndjeshëm pasi rrjetet kërkojnë të integrojnë më shumë energji të rinovueshme. Nevoja për zgjidhje efektive dhe të shkallëzueshme të ruajtjes vetëm është rritur, duke i bërë projektet si PASURA 2020 kanë marrë vëmendje të konsiderueshme.

Efikasiteti i ruajtjes hidroelektrike me pompë

Deri më sot, depozitimi i hidrocentraleve me pompë ka qenë një nga zgjidhjet më të përdorura për ruajtjen e energjisë në shkallë të gjerë. Ky sistem funksionon duke pompuar ujin nga një rezervuar më i ulët në një rezervuar më të lartë gjatë orëve me kërkesë të ulët, më pas duke e lëshuar ujin përmes turbinave kur ka një kulm të kërkesës.

Një nga disavantazhet kryesore të këtij sistemi është se e realizueshme vetëm në rajonet malore, i cili kufizon aplikimin e tij në vendet që nuk mund të përdorin depo hidroelektrike për shkak të gjeografisë së tyre. Ky është rasti i shumë vendeve që nuk kanë kushtet e nevojshme topografike, gjë që nuk ndodh me sistemin e ruajtjes së ajrit.

Funksionimi i sistemit të ajrit të kompresuar

Magazinimi i ajrit të kompresuar (CAES) funksionon relativisht thjesht. Gjatë periudhave me kërkesë të ulët për energji, ajri kompresohet dhe ruhet shpella nëntokësore o kontejnerë nën presion. Kur duhet të prodhohet energji elektrike, ajri i ruajtur lëshohet dhe zgjerohet përmes turbinave për të gjeneruar energji elektrike.

Ky sistem është i ngjashëm në koncept me diçka të përditshme si një pompë për biçikleta. Kur ajri pompohet në gomë, presioni rritet dhe kur lirohet, energjia e ruajtur në ajrin e kompresuar shndërrohet në energji kinetike, duke e shtyrë biçikletën përpara.

Në rastin e ruajtjes së energjisë, energjia elektrike e tepërt nga burimet e rinovueshme përdoret për të kompresuar ajrin, i cili ruhet nën tokë. Kur kjo energji nevojitet përsëri, ajri lëshohet përmes një turbine me gaz për të gjeneruar energji elektrike. Gjatë këtij procesi të ngjeshjes, gjenerohet një sasi e madhe nxehtësie, duke paraqitur probleme të efikasitetit që kanë qenë objekt studimi.

Problemet e efikasitetit në sistemet aktuale

Aktualisht, sistemet më të mëdha të ruajtjes së ajrit të kompresuar ndodhen në Shtetet e Bashkuara dhe Gjermani. Këto sisteme përdorin formacionet nëntokësore të kripës për të ruajtur vëllime të mëdha ajri nën presion. Sidoqoftë, ata kanë një pengesë të madhe: humbasin shumë energji në formën e nxehtësisë gjatë ngjeshjes së ajrit.

Problemi është se këto sisteme nuk janë të pajisura me teknologji efikase për të ruajtur nxehtësinë e krijuar gjatë procesit të kompresimit. Kjo çon në humbjen e një pjese të konsiderueshme të energjisë potenciale të ruajtur, duke ulur efikasitetin e përgjithshëm të sistemit.

Zgjidhje për të përmirësuar efikasitetin përmes RICAS 2020

Projekti RICAS 2020 ka propozuar një zgjidhje inovative për të përmirësuar efikasitetin e sistemeve të ruajtjes së ajrit të kompresuar. Çelësi është brenda ruani nxehtësinë e krijuar gjatë ngjeshjes për të reduktuar humbjet e energjisë.

Inovacioni konsiston në kalimin e ajrit të nxehtë të kompresuar përmes a shpellë e veçantë e mbushur me shkëmb të grimcuar. Shkëmbinjtë thithin nxehtësinë e krijuar gjatë ngjeshjes dhe e ruajnë atë. Kur ajri i kompresuar përdoret për të gjeneruar energji elektrike, ai fillimisht kalon përsëri nëpër shkëmbinj, duke e lejuar atë rikuperoni nxehtësinë dhe rrisin efikasitetin e sistemit.

Me këtë përmirësim, inxhinierët e RICAS 2020 vlerësojnë se është e mundur të rritet efikasiteti total i sistemeve të ruajtjes deri në 70-80%, një përmirësim i dukshëm në krahasim me sistemet aktuale që arrijnë vetëm a 45-55% të efikasitetit.

Sisteme të tjera të ruajtjes CAES

Ekzistojnë disa lloje të sistemeve CAES që ndryshojnë kryesisht në mënyrën se si menaxhojnë nxehtësinë e krijuar gjatë kompresimit të ajrit:

• CAES adiabatike: Ky lloj sistemi ruan nxehtësinë e krijuar gjatë ngjeshjes së ajrit dhe e përdor atë më vonë për të ngrohur ajrin kur ai zgjerohet në turbinë. Kjo rrit ndjeshëm efikasitetin e sistemit.
• CAES diabetike: Në vend që të ruajë nxehtësinë, sistemi diabatik e shpërndan atë si një produkt mbetje. Kur ajri duhet të çlirohet, ai duhet të nxehet nga burime të jashtme (p.sh. gazi natyror), gjë që ul efikasitetin.
• CAES izotermike: Teorikisht është sistemi më efikas, pasi si ngjeshja ashtu edhe zgjerimi i ajrit kryhen në një temperaturë konstante. Megjithatë, teknologjia për të arritur një sistem izotermik plotësisht efikas nuk është zhvilluar ende.

Kapacitetet e ruajtjes dhe rastet reale

Aktualisht, ekzistojnë dy impiante të mëdha të ruajtjes së energjisë së ajrit të kompresuar që funksionojnë komercialisht:

• Huntorf, Gjermani: Ishte fabrika e parë që përdori teknologjinë CAES në shkallë tregtare. Ka një kapacitet prej 321 MW dhe është dëshmuar të jetë efektive në menaxhimin e ndryshueshmërisë në prodhimin e energjisë së erës.
• McIntosh, Shtetet e Bashkuara: Në funksion që nga viti 1991, ka një kapacitet prej 110 MW. Ai përdor një rikuperues për të ngrohur paraprakisht ajrin e kompresuar përpara zgjerimit, duke përdorur gazin natyror si një burim shtesë energjie për të përmirësuar efikasitetin.

Të dy impiantet kërkojnë gaz natyror për të gjeneruar nxehtësinë e nevojshme gjatë zgjerimit të ajrit të kompresuar. Edhe pse ato janë të qëndrueshme nga pikëpamja energjetike, kërkimet vazhdojnë të gjejnë alternativa që nuk varen nga lëndët djegëse fosile.

Potenciali CAES në të ardhmen

Ndërsa vendet kërkojnë depërtim më të madh të energjisë së rinovueshme, ruajtja e energjisë së ajrit të kompresuar mund të luajë një rol kyç. Me risitë si ato të propozuara nga RICAS 2020, CAES mund të bëhet një opsion i zbatueshëm dhe efikas për të ruajtur sasi të mëdha energjie me kosto të ulët.

Përdorimi i shpellave nëntokësore, efikasiteti më i madh në ruajtjen e nxehtësisë dhe aftësia për të përdorur teknologjitë ekzistuese për aplikime të reja e bëjnë ruajtjen e ajrit të kompresuar një teknologji me potencial të madh në vitet e ardhshme. Qëndrueshmëria dhe përmirësimi i efikasitetit të energjisë mund të bëjnë një ndryshim në mënyrën se si ne e menaxhojmë energjinë në të ardhmen.

Me zhvillimin e vazhdueshëm të kësaj teknologjie, së shpejti mund të shohim përparime që do të kapërcejnë sfidat aktuale në ruajtjen e energjisë së rinovueshme, duke siguruar kështu një furnizim të qëndrueshëm dhe të qëndrueshëm të energjisë për brezat që vijnë.