Az energiatárolás mindennapok technológiája a jövőből – Dr. Pálfi Géza
MVM Energia Akadémia 2015. Október 15.
Tartalomjegyzék
1
2
3
4
5 10/13/2015
A villamos-energia tárolásának okai Energiatárolási módszerek osztályozása Legismertebb energiatárolási módszerek Lithium – ionos energiatárolás Mit hoz a jövő? 2
1. szakasz
2. szakasz
3. szakasz
4. szakasz
5. szakasz
A villamos-energia tárolásának okai
10/13/2015
3
1. szakasz EUR/MWh
2. szakasz
3. szakasz
4. szakasz
5. szakasz
Miért tároljuk a villamosenergiát? Okok az energiatárolásra 1. Hagyományos okok • • •
• •
2.
Kábeles energia átvitel
Aktualitások • •
10/13/2015
Magas termelési költségek a fogyasztási csúcsidőszakban Folyamatos és rugalmas ellátás szükséglete Nagy távolság a termelő és a fogyasztó között Hálózati szűkkeresztmetszetek
CO2 kibocsátás csökkentése több megújuló energia, kevesebb fosszilis Optimalizált, intelligens villamos energia termelés és felhasználás Smart Grid
4
1. szakasz
2. szakasz
3. szakasz
4. szakasz
5. szakasz
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 2013. 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
1. szakasz
2. szakasz
3. szakasz
4. szakasz
5. szakasz
Energiatárolási módszerek osztályozása
10/13/2015
6
1. szakasz
2. szakasz
3. szakasz
4. szakasz
5. szakasz
Energiatárolás osztályozása 1. Mechanikus • •
Ábra / fénykép / illusztráció helye
Helyzeti energia alapú Mozgási energia alapú
2. Termikus • •
ICE (ice energy storage system) Olvadt só
3. Kémiai • •
H2 tárolás – tüzelőanyag cella Tradicionális, fosszilis tüzelőanyagok
4. Elektrokémiai •
Az egyes energiatároló technológiák érettsége
5. Direkt villamos energia alapú • •
10/13/2015
Akkumulátorok Elektrosztatikus Elektrodinamikus
PSH – pumped-storage hydroelectricity; CAES – compressed air energy storage; SMES – superconducting magnet energy storage>
7
1. szakasz
2. szakasz
3. szakasz
4. szakasz
5. szakasz
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
1. szakasz
2. szakasz
3. szakasz
4. szakasz
5. szakasz
A világon jelenleg üzemelő, hálózati csatlakozású energiatároló kapacitások (MW) -2014
10/13/2015
9
1. szakasz
2. szakasz
3. szakasz
4. szakasz
5. szakasz
Legismertebb energiatárolási módszerek
10/13/2015
10
1. szakasz
2. szakasz
3. szakasz
4. szakasz
5. szakasz
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 • • •
10/13/2015
*PSH – pumped-storage hydroelectricity
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
11
1. szakasz
2. szakasz
3. szakasz
4. szakasz
5. szakasz
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 • •
10/13/2015
*CAES – compressed air energy storage
Hálózati szintű szolgáltatások Decentralizált tárolás megújuló termelők mellett
12
1. szakasz
2. szakasz
3. szakasz
4. szakasz
5. szakasz
Hidrogéntárolás Jellemzői • • • • •
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 ∆ Drága, 6000 EUR/kW
Alkalmazás
10/13/2015
• •
Decentralizált tárolás megújuló termelők mellett Tervben: hálózati szintű szolgáltatások (HyUnder projekt)
•
Közlekedés, hidrogén hajtású járművek
*CAES – compressed air energy storage
13
1. szakasz
2. szakasz
3. szakasz
4. szakasz
5. szakasz
A lendkerekes energiatároló Jellemzői • • • • •
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 ∆ Drága energia – 2000 – 8000 EUR/kWh
Alkalmazás • • •
10/13/2015
Közlekedés (vonat, metró, F1 – KERS*) UPS* Hálózati szintű szolgáltatási pilot
*UPS – uninterrupted power supply; KERS – kinetic energy recovery system
14
1. szakasz
2. szakasz
3. szakasz
4. szakasz
5. szakasz
Szuperkondenzátor Jellemzői • • • • •
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
Alkalmazás • • • •
10/13/2015
UPS Számítógép alaplapra épített háttér teljesítmény Regeneratív teljesítmény (közlekedési eszközökben) Gyorstöltő megoldások
15
1. szakasz
2. szakasz
3. szakasz
4. szakasz
5. szakasz
Lithium – ionos energiatárolás
10/13/2015
16
1. szakasz
2. szakasz
3. szakasz
4. szakasz
Lithium–ionos energiatárolás
5. szakasz
Tulajdonságok
A Lítium a legkönnyebb fém
Többnyire nincs folyékony
Legnagyobb elektrokémiai
elektrolit
potenciál
Magas energiasűrűség kb.
A legreakcióképesebb fém
4x ólomzselés
Nagy energiasűrűség
Nagyon kisméretű cellák
Nagyon alacsony önkisülés.
Más elemekkel kombinálva
is megvalósíthatók
Jó töltéshatásfok, akár 95%
nem reagál a vízzel
Alacsony tömeg
Nincsen memória effektus
Eleinte drágák voltak, de a
Akár több 1000Ah cellák
Magas ciklusszám. Több ezer, 80%
tömeggyártás
is gyárthatóak
Gyorsan tölthetők, néhány órától 20 percig
Mély kisüthetők 80%DOD, az ólom alapú 50%
DOD mellett
versenyképessé tette őket 10/13/2015
17
1. szakasz
2. szakasz
3. szakasz
4. szakasz
5. szakasz
Lithium–ionos energiatárolás IntellistoreTM 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
1. szakasz
2. szakasz
3. szakasz
4. szakasz
5. szakasz
Lithium–ionos energiatárolás IntellistoreTM 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
1. szakasz
2. szakasz
3. szakasz
4. szakasz
5. szakasz
Lithium–ionos energiatárolás Épített energiatároló –„Ízisz –projekt” - ENTSO – E 3rd Party TYNDP 2014 - Egyetlen akkumulátoros energiatároló projekt - 120 MW/225 MWh - Tisza Erőmű területén - elbírálás alatt áll
10/13/2015
20
1. szakasz
2. szakasz
3. szakasz
4. szakasz
5. szakasz
Mit hoz a jövő?
10/13/2015
21
1. szakasz
2. szakasz
3. szakasz
Az energiatárolás robbanásszerű 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.
2.
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
4. szakasz
5. szakasz Az akkumulátoros tárolás exponenciális növekedését Melyik energiatároló technológia iránt lesz a legnagyobb kereslet a következő 5 évben?
*IHS – Information Handling Services Inc.
22
1. szakasz
2. szakasz
3. szakasz
4. szakasz
5. szakasz
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. szakasz
2. szakasz
3. szakasz
4. szakasz
5. szakasz
1 MW/5 MWH
Világszinten előremutató projekt
29 MWH
MEGÚJULÚ TERMELELŐK NAGY INTENZITÁSÚ TELEPÍTÉSE
DECENTRALIZÁLTSÁG
RENDSZERBIZTONSÁG 10/13/2015
24
1. szakasz
10/13/2015
2. szakasz
3. szakasz
Terna_Francesco Del Pizzo – CEO Terna Plus Energy Storage Forum 2013 Presentation
4. szakasz
5. szakasz
25
1. szakasz
10/13/2015
2. szakasz
3. szakasz
Terna_Francesco Del Pizzo – CEO Terna Plus Energy Storage Forum 2013 Presentation
4. szakasz
5. szakasz
26
1. szakasz
10/13/2015
2. szakasz
3. szakasz
Terna_Francesco Del Pizzo – CEO Terna Plus Energy Storage Forum 2013 Presentation
4. szakasz
5. szakasz
27
1. szakasz
10/13/2015
2. szakasz
3. szakasz
Terna_Francesco Del Pizzo – CEO Terna Plus Energy Storage Forum 2013 Presentation
4. szakasz
5. szakasz
28
1. szakasz
2. szakasz
3. szakasz
4. szakasz
5. szakasz
Technológia beszállítóként veszünk részt a Kalifornia államban – 40 millió lakos, 2200 Mrd. USD GDP – jelenleg folyó energiatárolási tendereken.
Egy 2013. évi rendelet kötelezi a 3 kaliforniai áramszolgáltatót 1325 MW összteljesítményű energiatároló villamos hálózatba építésére 2020-ig
10/13/2015
29
1. szakasz
2. szakasz
3. szakasz
4. szakasz
5. szakasz
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
1. szakasz
2. szakasz
3. szakasz
4. szakasz
5. szakasz
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!
