Energia salvestamise tehnoloogiad

Artikkel Energia salvestamise tehnoloogiad kirjeldab erinevaid tehnoloogiaid, kuidas energiat salvestada, akumuleerida. Käesoleva peaartikli alamartiklitena on toodud tehnoloogiad, kuidas salvestada Elektrienergiat ning kuidas salvestada Soojusenergiat.

Üldist

Energiat on võimalik salvestada mitmetel viisidel, olenevalt energialiigist. Energiasalvesteid iseloomustatakse üldjuhul salvestatava energia liigiga, milleks võivad olla 1:

a) elektrienergia;
b) soojusenergia;
c) mehaaniline energia;
d) keemiline energia;
e) jm.
 

Energia salvestamise all peetakse siinkohal silmas mingi energialiigi siirdamist mõnda seadisesse, seadmesse, paigaldisse või rajatisse (energiasalvestisse, näiteks elektrienergia salvestamise korral akumulaatorisse), et seda seal vajalikul hetkel samal kujul või muundatult tagasi saada. 2

Erinevad tehnoloogiad

Energiat on võimalik akumuleerida erinevalt. Niinimetatud akumulatsioonijaamadel (energiasalvestitel vt. joonis 1) on erinevaid võimalusi 3:

a) pumphüdroakumulatsioonijaamad - PHAJ (Pumped Hydro Storage);
b) akupatareid;
c) suruõhuakumulatsioonijaamad (Compressed Air Energy Storage - CAES)
d) termoakumulatsioon.

Vesinikuenergeetika

Vesinikuenergeetika oma kontseptsioonilt on energia salvestamine ning selle edastamine vesiniku kujul. Lähtepunktiks selle juures on vesiniku kõrge kütteväärtus. Vesinikku toodetakse hetkel peaasjalikult teistest kütustest, nagu maagaas, nafta, süsi. Vesiniku hind on võrdlemisi kõrge ning rakendamaks vesinikku energeetikas laiemalt, tuleb leida selle tootmiseks tõhusamaid viise. Üheks nendeks on vesiniku tootmine vee elektrolüüsi teel ja seda näiteks tarbimiskeskustest kaugemal paiknevates hüdro- ja päikeseelektrijaamades või tuuleelektrijaamades energia ühe salvestamisviisina või samuti ka eriehitusega tuumareaktorites, mis päevasel ajal toodavad elektrienergiat, öösiti aga vesinikku. Vee elektrolüüsi kasutegur on ligikaudu 70%. Kui elektrit genereeriva kütuseelemendi ligikaudne kasutegur on 60%, kujuneb elektrienergia akumuleerimise kasuteguriks 42%. 4

Hetkel on vesinikuenergeetika seisukohalt aktuaalne tuuleenergeetika ning selle võimsusmuutuste kompenseerimine. Ideeks on tuulegeneraatorite koostöö kütuseelementidega, mis on kiire reageerimisega ning mis tarbivad teist taastuvaist vahendeist pärit kütust – vesinikku. Eesmärgiks on leida optimaalne režiim, kus elektrituuliku poolt toodetav ülejääk kasutatakse ära veest elektrolüüsi teel vesinku tootmiseks ning hiljemalt kasutatakse seesama vesiniku kütuseelementide kaasabil tuulest toodetud elektri pulsatsioonide katmiseks. Tööpõhimõtet selgitav joonis on toodud joonisel 2 5

Tuues näiteks situatsiooni, kus energia tootmine ületab tarbimise (tugeva tuule olukord), tekib vajadus ülejäänud energia salvestamiseks, hoidmaks seda ajaks, mil tuulevaikusest või tarbimise kasvust tingituna on vaja rohkem energiat, kui turbiinid antud hetkel toota suudavad. Väiksemate ning autonoomsete turbiinide puhul sobivad salvestamiseks akud, kuid võrku ühendatud suurte generaatorite puhul jab akudest väheks. Siinkohal ongi üheks võimaluseks muundada ülejäänud tuuleenergia elektrolüüsi abil vesinikuks ning hiljemalt vajadusel kütuseelementi kasutades muundada see tagasi elektriks ning kasutada seda tuuleenergia ebaühtluse katmiseks. 6

Tehnoloogia lihtsus on atraktiivsuse aluseks, kuna vesinikku veest ning elektrist on suhteliselt lihtne toota ning vastupidine protsess vesinikust elektrit (k.a soojust) on samuti lihtne. Temaatika teatud problemaatiliseks aspektiks on rentaablus. Vee elektrolüüs on energiamahukas protsess, vesiniku hoiustamine ning transport on küllaltki energiamahukas ning samuti on kütuseelementide maksumus küllaltki kõrge. Kuid siiski tehnoloogia perspektiiv arvestades märkimisväärset fossiilsete kütuste kasutamise vähenemist ning samuti ka tuuleenergia potentsiaali, on tegemist paljutõotava tehnoloogiaga. 7,8

Joonis 1. Salvestustehnoloogiad ning maksumus10

Joonis 2. Vesinikuenergeetika koostöös elektrituulikute ning kütuseelementidega - tööpõhimõte11

Eesti olud ning tehnoloogia maksumus

Seotud artiklid: Hüdroenergia ressurss

Eesti tingimustes peetakse kõige sobivamaks tehnoloogiaks PHAJ ehitamist. Antud oludes on tegemist efektiivseima lahendusega balansseerimaks ning energeetilise julgeoleku tagamiseks. Sellise jaama ehituseks planeeritud koht on Muuga sadam ning planeeritavaks 500 MW. Maksumuseks hinnatakse 304 miljonit EUR, mis on hinnanguliselt 608 000 EUR/MW. 9

Tänapäeva kontekstis hüdroelekter Eesti (taastuv)elektritoodangust siiski suurt osa ei moodusta. Samas on siiski tegemist kodumaise ning võrdlemisi stabiilset toodangut pakkuva taastuvenergia ressursiga, mida on võimaluse olemasolul mõistlik kasutada

Erinevatest tehnoloogiatest ning nende vastavatest maksumustest annavad aimu tabel 1 ning tabel 2.

Tabel 1. Elektrienergia salvestamise investeeringukulud12

Tabel 2. Soojuse salvestusmaterjalide maksumusi13

Täiendavat lugemist

Aasta

Kategooria

Pealkiri

2007

Õppematerjal

Energiatehnika

2011

Analüüs

Eesti energiasüsteemi arengu võimalikud stsenaariumid

-

Uuring

Tuuleenergia salvestusvajadus

2013

Uuring

Energiasalvestus ja salvestustehnoloogiad

2013

Ettekanne

Energiatehnoloogiate tulevikust

-

Aruanne

New Method for Stabilization of Wind Power Generation Using Energy Storage Technology

2002

Lõputöö

Tuulegeneraatorite elektri sobivusest Eesti elektrisüsteemi

2003

Lõputöö

Tuuleenergeetika, selle arengut mõjutavad tegurid ja perspektiiv Eestis

2008

Õppematerjal

Elektrisüsteem

2014

Raport

Subsidies and costs of EU energy. An interim report

2014

Raport

Subsidies and costs of EU energy. Lisa 1-3

2014

Raport

Subsidies and costs of EU Energy. Lisa 4-5

2007

Ettekanne

Eesti energiatehnoloogiate arendusstrateegia eeluuring

2007

Aruanne

Energiatoodete maksustamise uuring

2014

Ettekanne

Euroopa energiapoliitika valikud. Kas Euroopal on üldse valikut

2014

Ettekanne

Eesti uus energiapoliitika. Konkurentsivõimeline taastuvenergia Eestis

2014

Ettekanne

Eesti energiapoliitika mõju riigi konkurentsivõimele

2014

Ettekanne

Eesti põlevkivienergeetika tulevik

2014

Ettekanne

Eesti energiamajanduse arengukava aastani 2030

2014

Aruanne

Elektrilevi OÜ investeeringute vajalikkuse ja efektiivsuse hindamine

2014

Aruanne

Konkurentsiameti poolt väljatöötatud kaalutud keskmise kapitali hinna (WACC) arvutamise metoodika analüüs

2011

Artikkel

Suletud põlevkivikaevanduste ressurss - kaevandusvesi

2014

Aastaraamat

Taastuvenergia aastaraamat 2014

Viited

  1. Risthein, E. Sissejuhatus energiatehnikasse, Tallinn 2007.↩︎
  2. Eesti energiasüsteemi arengu võimalikud stsenaariumid, 2011.↩︎
  3. Meldorf, M., Kilter, J. Elektrisüsteem.↩︎
  4. Leppiman, A. Tuulegeneraatorite elektri sobivusest Eesti elektrisüsteemi.↩︎
  5. Kiviselg, R. Tuuleenergeetika, selle arengut mõjutavad tegurid ja perspektiiv Eestis.↩︎
  6. Andrijanovitš, J., Egorov, M., Lehtla, M., Vinnikov, D. New Method for Stabilization of Wind Power Generation Using Energy Storage Technology.↩︎
  7. Vali, L. Tuuleenergia salvestusvajadus.↩︎
  8. Rosin, A., Link, S., Drovtar, I. Energiasalvestid ja salvestustehnoloogiad.↩︎
  9. Herrmann, U., Geyer, M., Kearney, D. FLABEG Solar Int. GmbH Overview of thermal storage systems, 2002.↩︎