O echipă de ingineri din Canada a creat centrala de stocare a electricităţii pe bază de aer comprimat şi pompare a apei în subteran

În ultima perioadă vorbim tot mai des despre necesitatea mare de sisteme de stocare a electricităţii produse în mod regenerabil, pentru ca acea energie să poată fi captată atunci când poate fi produsă şi distribuită spre consumatori atunci când e nevoie de ea. Hidrocentralele cu pompare între două rezervoare aflate la o diferenţă de altitudine sunt soluţii folosite de multă vreme pentru această problemă, care nu era atât de acută anterior şi a devenit mai stringentă odată cu creşterea cotei de regenerabile. În prezent, însă, tot mai multe ţări din lume optează pentru soluţia centralelor de baterii mari, care sunt mai ieftine la achiziţia iniţială, dar au o durată de viaţă mai scurtă decât o hidrocentrală. Între timp, în lume se tot anunţă tehnologii şi sisteme noi, cum e soluţia inginerilor din Italia, cu bateria care foloseşte CO2 în stocare, despre care vorbeam acum câteva zile. Azi, însă, vorbim despre o tehnologie a unei echipe de ingineri din Canada, care a creat ideea unei centrale de stocare a electricităţii pe bază de aer comprimat şi pompare a apei în subteran.

Foto: Proiectul centralei din Australia

Şi vorbim despre ea acum, pentru că tehnologia lor a primit recent trei validări importante, care o transpun dintr-o etapă conceptuală şi teoretică într-una cu centrale reale şi funcţionale. Echipa canadiană, care formează startup-ul Hydrostor, a construit o mini centrală de dimensiuni mici ş de doar 2,2 MW putere în Canada, la ei acasă, încă în 2019, pentru a demonstra funcţionalitatea principiului, menţionând totodată că scara ideală a unei asemenea centrale e de 500 MW putere. Acum, însă, la final de an 2023, echipa Hydrostor are două mari contracte confirmate, pentru două centrale la scară mare — una de 500 MW în California, SUA, şi alta de 200 MW în Australia. Altele două sunt în proces de aprobări în SUA şi Marea Britanie.

Foto: Proiectul centralei din California, SUA

Cum funcţionează, deci, tehnologia creată de inginerii canadieni şi care va fi rolul ei? Ei bine, începem de la rol, pentru că răspunsul e simplu şi evident — stocarea de energie regenerabilă la nivel de reţea electrică mare, sau pur şi simplu roluri de echilibrare în sistem. Centrala va face exact ce fac şi centralele de baterii sau hidrocentralele prin pompare — vor consuma electricitate pentru stocare atunci când ea e în surplus şi vor livra înapoi electricitatea stocată atunci când e nevoie de ea.

Doar că centrala canadiană nu foloseşte deloc baterii, ci o combinaţie de aer comprimat şi pompări de apă. Ideea de a stoca electricitatea pompând aer în rezervoare de înaltă presiune există de foarte mult timp, şi e pe alocuri folosită în aplicaţii simple, însemnând că aerul e tot pompat la presiune înaltă în rezervoare închise, cheltuindu-se electricitate, iar apoi acel aer e eliberat încet, presiunea sa împingând mecanisme care generează electricitate. Problema acestei tehnologii era în randamentul mic, uneori de circa 60%, ceea ce însemna că circa 40% din electricitatea folosită la comprimare nu se mai recuperează. Unele sisteme pretind să ajungă la 65-70% eficienţă, dar e oricum mult sub eficienţa hidrocentralelor prin pompare şi a bateriilor.

Tocmai de aceea, canadienii au combinat tehnologia aerului comprimat cu ideea de pompare de apă, folosită şi la hidrocentrale. Astfel, centrala lor are compresoare mari care folosesc energia disponibilă pentru a comprima iniţial aerul. La comprimare, aerul se încălzeşte, iar anterior centralele nu stocau această energie termică, de aici venind şi o parte din pierderi. Sistemul Hydrostor stochează, însă, şi căldura în rezervoare speciale. Apoi aerul comprimat şi cu căldura degajată în etapa de stocare e direcţionat printr-o conductă spre adâncul pământului, la câţiva zeci de metri adâncime.

Acea ţeavă ajunge la un rezervor subteran cu apă, care e conectat printr-o conductă cu un rezervor subteran, dar aflat la adâncime mai mică, cele două rezervoare formând un principiu similar ca la hidrocentralele prin pompare. Aerul comprimat care ajunge în rezervorul de jos creează presiune şi împinge apa spre rezervorul de sus, golindul-l, şi umplându-l pe cel de sus. Ca şi la hidrocentralele prin pompare, bateria e considerată complet încărcată când rezervorul de jos atinge minimul, iar cel de sus — maximul.

Când se doreşte descărcarea bateriei şi producţia de electricitate, atunci apa e lăsată să curgă spre rezervorul de jos, doar că electricitatea nu e generată de vreo turbină situată între cele două rezervoare. Apar curge liber şi într-un mod nu foarte clar, sub acţiunea gravitaţiei împinge aerul comprimat stocat în rezervorul inferior, prin conductă, spre exterior, unde acel aer ajunge înapoi la exterior, trece prin zonele de stocare a căldurii şi preia înapoi căldura, după care aerul cald propulsează o turbină care generează electricitatea.

După noi, sună ca un mecanism cu multe leviere de a transmite energia dintr-o formă în alta, care generează inevitabil multe pierderi de eficienţă. Hysdrostor nu anunţă exact randamentul centralei sale, dar teoretic ar trebui să fie ceva mai mare de 70%, datorită captării căldurii şi combinării de pompare de apă. De asemenea, inginerii canadieni spun că centrala lor poate funcţiona 50 de ani fără probleme şi fără degradare de capacitate, deci mult mai mult decât o centrală de baterii, şi e mult mai ieftină în construcţie decât o hidrocentrală prin pompare. Totodată, pentru că cele mai principale componente sunt amplasate în subteran, noul tip de centrală poate fi construit practic în orice ţară, fără nevoia unui relief muntos, ca în cazul hidrocentralelor.

Inginerii canadieni au obţinut acum cel mai proaspăt contract în Australia, acolo unde centrala lor va fi amplasată într-un oraş minier vechi. Centrala australiană va avea o putere maximă de generare de 200 MW şi o capacitate de stocare de 1.600 MWh. Însă 50 MW putere şi 250 MWh capacitate de stocare vor trebuie să rămână ca o rezervă ce poate fi folosită în cazuri de urgenţă, în timp ce restul de 150 MW şi 1.350 MWh vor fi folosiţi în permanenţă pentru stocare de electricitate la nivel de reţea.

Proiectul australian şi american al canadienilor de la Hydrostor e important din perspectiva că se realizează deja la construcţii adevărat, la scară mare, iar dacă va avea un randament bun, ar putea deveni o alternativă pentru centralele de baterii, servind aceluiaşi scop nobil de a stimula dezvoltarea de energie regenerabilă prin asigurarea soluţiilor inteligente de stocare.