O echipă de ingineri sud-coreeni a perfecţionat o tehnologie veche de a stoca energia prin răcirea aerului şi transformarea lui în lichid, dar randamentul rămâne încă îndoielnic

Răspândirea tot mai mare a surselor de energie regenerabilă impune şi o nevoie tot mai mare şi mai stringentă de a stoca electricitatea produsă în orele prielnice, pentru a o putea livra atunci când există cerere în reţea. Hidrocentralele prin pompare sunt tehnologia cea mai maturizată pentru acest scop, dar proiectele sunt de obicei foarte scumpe şi au nevoie de un relief muntos, cu lacuri de acumulare situate la diferenţe de altitudine. În ultimii ani, centralele de baterii sunt o soluţie de alternativă care nu depind de relief şi au costuri iniţiale mai mici. Totuşi, acestea au o durată de viaţă mai mică, iar alte tehnologii şi soluţii sunt explorare în permanenţă. Acum o echipă de ingineri sud-coreeni a perfecţionat o tehnologie veche de mai multe decenii de a stoca energia prin răcirea aerului şi transformarea lui în lichid, dar randamentul rămâne încă îndoielnic, deşi a crescut considerabil.

De-a lungul celei de-a doua jumătăţi a secolului XX au avut loc multe asemenea explorări de tehnologii pentru stocarea energiei, doar că multe din ele nu s-a u dezvoltat mai departe din cauza randamentului prea mic şi a imposibilităţii de a creşte acest randament. Hidrocentralele prin pompare indicau un randament acceptabil, de 77-80%, aşa că au fost dezvoltate, iar azi în Elveţia există asemene hidrocentrale cu un randament de 81%. Centralele de baterii, pentru comparaţie, au circa 88-92% randament.

Tehnologia de stocare a energiei prin lichefierea aerului, numită LAES, indica un randament propriu de maxim 40%, iar cu captare adiţională de căldură şi temperatură rece putea indica până spre 50-55% randament, ceea ce fusese considerat prea puţin. Echipa de ingineri sud-coreeni de la Institutul Sud-Coreean de Utilaje şi Materiale (KIMM) a explorat acum această tehnologie, întrebându-se dacă dezvoltările tehnologice dinte timp n-ar putea să aducă îmbunătăţiri considerabile în randament.

Foto: Alte sisteme LAES anterioare

Ce înseamnă stocarea energiei prin lichefierea aerului, sau LAES? Ei bine, ea funcţionează pe principiul răcirii aerului atmosferic până la o temperatură atât de joasă, încât acesta devine lichid. Aerul e un amestec de compuşi gazoşi, iar ca să transformi un amestec de gaze în lichid e nevoie ca acesta să se răcească un pic mai jos decât punctul de fierbere al gazului cu cea mai joasă temperatură de fierbere. În cazul aerului atmosferic, azotul e acest compus şi e nevoie de -196 grade Celsius pentru a deveni lichid. Astfel, aerul într-un sistem LAES trebui răcit până la -200 grade Celsius sau chiar un pic mai jos pentru a deveni lichid, după care e stocat într-un rezervor izolat de vid.

Răcirea aerului la o temperatură atât de coborâtă are nevoie de compresoare pentru sistem de refrigerare ce pot asigura asemenea temperaturi criogenice. E un proces energofag, şi în această fază are loc „încărcarea” acestei „baterii”, când surplusul de electricitate e preluat din reţea şi folosit pentru acest proces de lichefiere a gazului. Sistemele mai avansate încearcă să capteze căldura conţinută în aer în procesul de răcire, stocând-o separat.

Atunci când devine lichid, aerul atmosferic are un volum de 700 ori mai mic decât în formă gazoasă. Aici se ascunde un potenţial mare, întrucât la ciclul invers, de „descărcare” a „bateriei”, aerul va tinde spre o expansiune puternică în volum, creând o presiune enormă.

Această presiune poate fi accentuată şi mai mult, dacă sunt folosite compresoare adiţionale în faza de aer lichid, presurizând lichidul. Anterior se încerca presurizarea aerului, însă presurizarea lichidului e mai eficientă energetic. Ulterior acel aer lichid tratat şi cu căldura captată anterior în procesul de răcire, ceea ce-i sporeşte şi mai mult presiunea în procesul transformării acestui din lichid în gaz.

Această presiune e direcţionată spre un circuit cu turbină, adaptată pentru a fi pusă în mişcare de aer relativ rece faţă de situaţii când turbina e pusă în mişcare de abur sau prin combustibili fosili. Iar acea turbină produce electricitate.

Echipa de ingineri din Coreea de Sud a creat o nouă turbină, specializată, care nu foloseşte rulmenţi mecanici, ci rulmenţi pe bază de gaz presurizat, care s-au dezvoltat enorm în ultimii ani şi sunt folosiţi la compresoare şi turbine, uneori în combinaţie cu levitaţie magnetică. Asta permite ca piesa care se roteşte să nu contacteze prin obişnuitele bile mecanice cu corpul care o susţine, ci cu gazul presurizat din jurul său, ceea ce reduce rezistenţa opusă de forţa de frecare şi sporeşte randamentul procesului.

De asemenea, aceeaşi echipă a creat un rezervor mult mai bine stocat termic, ce permite păstrarea mai îndelungată a temperaturii la care a fost răcit aerul şi face mai fezabilă tehnologia pentru folosirea ei ca o centrală de reţea. Rezervorul lui foloseşte tot vidul pentru izolare, însă are mai multe straturi de vid, ceea ce îmbunătăţeşte considerabil parametrii .

Inginerii nu anunţă deocamdată care e randamentul final obţinut, pentru că primele experimente au fost făcute fără partea de captare a căldurii şi recuperare a ei. Dar spun că testele au fost făcute în cooperare cu alte câteva institute şi laboratoare de stat din Coreea de Sud şi au confirmat viabilitatea tehnologiei perfecţionate în rol de centrală de reţea. Iar estimările terţe indică faptul că, prin perfecţionările anunţate, echipa de inginerii ar putea ajunge la 65-70% randament, cifra de 65% fiind mai realistă.

Deci e un randament simţitor mai bun, dar e în continuare îndoielnic faptul dacă e suficient de bun, or, a fiecare încărcare şi descărcare a bateriei se vor pierde cam 35% din electricitate. Şi asta nu e deloc puţin, mai ales când randamentul hidrocentralelor e de 80%, iar al centralelor cu baterii de 88-92%.