Prąd z wiatru i słońca jest jak kapryśna pogoda. Raz mamy go w nadmiarze, a innym razem zaczyna brakować w najmniej odpowiednim momencie. To właśnie w tych chwilach na scenę wchodzą magazyny energii, które coraz częściej decydują o tym, czy “zielony” system energetyczny działa stabilnie, czy wymaga awaryjnego wsparcia ze strony klasycznych elektrowni. Najprostsze, ale ewidentnie nieidealne rozwiązanie tego problemu, sprowadza się do akumulatorów, ale tym razem Chiny zdecydowały się na zupełnie inny ruch.
Zamiast kolejnych kontenerów z akumulatorami na pustyni Gobi powstał rozległy kompleks zbiorników, sprężarek i instalacji kriogenicznych, których zadaniem jest zamienić zwykłe powietrze w płynną, ultra zimną substancję, a następnie odzyskać z niej energię wtedy, gdy sieć najbardziej tego potrzebuje. W ten sposób Chiny testują w praktyce technologię, o której od lat mówi się w publikacjach naukowych, ale którą dopiero teraz udało się zbudować w skali prawdziwej elektrowni.
Chiny uruchomiły największy na świecie magazyn energii w ciekłym powietrzu
Chiny właśnie uruchomiły Super Air Power Bank, czyli największą na świecie instalację wykorzystującą ciekłe powietrze do akumulowania prądu. Kraj dał tym samym wyraźny sygnał, że poszukiwania alternatyw dla dominujących magazynów litowo-jonowych wchodzą w decydującą fazę. Ten projekt realizowany przez China Green Development Investment Group we współpracy z Chińską Akademią Nauk to odpowiedź na kluczowy problem współczesnej energetyki odnawialnej. Bez sprawnego magazynu, który pomieści nadwyżki z okresów szczytu produkcyjnego, transformacja energetyczna utknie w miejscu. Ten obiekt ma być właśnie takim rozwiązaniem, tyle że działającym w skali, jakiej dotąd nie widziano.
Zlokalizowany niedaleko miasta Golmud kompleks działa na podstawie fascynującej fizyki. Powietrze atmosferyczne jest sprężane i schładzane do ekstremalnie niskiej temperatury rzędu minus 194 stopni Celsjusza, a to powoduje jego skroplenie. W postaci płynnej powietrze zajmuje znikomą część swojej pierwotnej objętości, co umożliwia jego efektywne przechowywanie w specjalnych zbiornikach izolowanych termicznie. Gdy zapotrzebowanie na energię rośnie, proces się odwraca. Ciecz jest podgrzewana, gwałtownie rozpręża się, napędzając turbiny generujące prąd elektryczny. To swego rodzaju gigantyczna, dwukierunkowa sprężarka, tyle że jej “paliwem” jest powietrze zamienione w schłodzoną substancję.
Instalacja robi wrażenie skalą i zaawansowaniem
Skala przedsięwzięcia robi wrażenie. Moc instalacji wynosi 60 megawatów, a jej pojemność to 600 megawatogodzin. Oznacza to, że może nieprzerwanie dostarczać energię przez pełne 10 godzin. Roczna produkcja szacowana jest na około 180 gigawatogodzin, co powinno wystarczyć do zasilenia mniej więcej 30 tysięcy gospodarstw domowych. Co istotne, obiekt został zintegrowany z sąsiadującą elektrownią fotowoltaiczną o mocy 250 MW, tworząc tym samym samowystarczalny ekosystem czystej energii, który potrafi gromadzić nadwyżki produkowane w słoneczne dni.
Budowa, która rozpoczęła się w lipcu 2023 roku, była wyścigiem z czasem i surowym środowiskiem wysokogórskiej pustyni. Inżynierowie musieli zmierzyć się z ekstremalnymi wahaniami temperatur i trudnościami logistycznymi, co wymusiło opracowanie szeregu nowatorskich rozwiązań. Zespół twierdzi, że stworzył siedem kluczowych innowacji, na które Chiny mają pełne prawa własności intelektualnej. Przełomowe miało być opanowanie technologii kaskadowego magazynowania zimna w ultraniskich temperaturach oraz stworzenie systemu przechowywania pod ciśnieniem atmosferycznym. Chińczycy rozwiązali też problem utrzymania stabilnego ciśnienia podczas napełniania i opróżniania zbiorników.
Największym osiągnięciem było jednak przeskalowanie technologii z poziomu laboratoryjnych prototypów o mocy stu kilowatów do pełnowymiarowej, komercyjnej instalacji o mocy dziesiątek tysięcy kilowatów. Całe wyposażenie, od zbiorników po sprężarki, pochodzi z krajowej produkcji, co wpisuje się w szerszą strategię Chin dotyczącą niezależności technologicznej w sektorze energetyki.
Magazynowanie energii w ciekłym powietrzu na świecie
Na globalnej arenie magazynowanie energii w ciekłym powietrzu (LAES) wciąż znajduje się we wczesnej fazie komercjalizacji. Większość istniejących projektów ma charakter pilotażowy lub jest stosunkowo niewielka. Chińska instalacja wyróżnia się zaś rozmiarem i może posłużyć jako dowód, że technologia jest gotowa do szerszego wdrożenia. Jej teoretyczne zalety są przekonujące. W przeciwieństwie do magazynowania sprężonego powietrza, które wymaga specyficznych formacji geologicznych, jak np. podziemne kawerny solne, zbiorniki na ciekłe powietrze można zbudować praktycznie w dowolnym miejscu. Energię można przechowywać przez wiele godzin, a nawet dni i to bez znaczących strat. Sprawność całego cyklu (energia oddana do sieci w stosunku do energii pobranej do zasilenia procesu) wynosi zwykle 50-60%, choć zastosowanie zaawansowanych systemów odzysku ciepła może podnieść ją do poziomu 60-70%.
Czytaj też: Przerażające cmentarzysko na odludziu. Dlaczego Chiny wiercą tajny tunel na pustyni Gobi?
Warto przy tym pamiętać, że ciekłe powietrze nie ma zastąpić wszystkich innych metod magazynowania energii. Wpisuje się raczej w szerszą mozaikę technologii, z których każda obsługuje inny przedział czasowy i inną skalę. Akumulatory litowo-jonowe świetnie sprawdzają się tam, gdzie liczą się bardzo szybkie reakcje w przedziale minut czy pojedynczych godzin. Elektrownie szczytowo-pompowe obsługują duże wolumeny energii, ale są ograniczone przez geologię i dostępność odpowiednich lokalizacji. LAES w naturalny sposób wypełnia lukę między tymi światami, bo pozwala przechowywać energię przez wiele godzin, a nawet dni i to bez przywiązania do konkretnej formacji skalnej czy dostępu do dużej ilości wody.
Dodatkową zaletą jest możliwość łączenia tego typu instalacji z innymi procesami przemysłowymi. Skrajnie niskie temperatury, które są produktem ubocznym niektórych fabryk, mogą zostać wykorzystane do chłodzenia w zakładach chemicznych, centrach danych czy magazynach żywności. Z kolei ciepło powstające przy skraplaniu i odparowywaniu powietrza może zasilać lokalne sieci ciepłownicze albo służyć do podgrzewania medium roboczego w innych procesach energetycznych. W takim scenariuszu magazyn energii staje się elementem lokalnego ekosystemu przemysłowego, co tylko poprawia ekonomię całego przedsięwzięcia.
Czytaj też: Silnik samolotowy zasili Twojego ChataGPT, bo AI zżera za dużo prądu. Czy to już nie przesada?
Prawdziwą przeszkodą tego typu magazynowania energii jest ekonomia. Wysokie koszty inwestycyjne, związane głównie z drogą infrastrukturą kriogeniczną i wydajnymi sprężarkami, sprawiają, że technologia wciąż trudno konkuruje z szybko taniejącymi akumulatorami litowo-jonowymi, jeśli chodzi o krótkoterminowe magazynowanie. Brak długoterminowych, komercyjnych referencji na dużą skalę sprawia również, że inwestorzy podchodzą do niej z dużą ostrożnością. Teraz więc dla Chin budowa tak dużej instalacji LAES z krajowych komponentów to coś więcej niż tylko kolejny krok w stronę neutralności klimatycznej. To również demonstracja, że państwo jest w stanie zaoferować własną, kompletną technologię magazynowania energii w skali sieciowej, potencjalnie atrakcyjną dla krajów rozwijających się, które dopiero tworzą swoje systemy elektroenergetyczne. Jeżeli projekt z pustyni Gobi zyska status stabilnej, przewidywalnej instalacji, może stać się wzorcem kopiowanym w innych regionach świata, podobnie jak wcześniej stało się to z dużymi farmami fotowoltaicznymi czy liniami przesyłowymi prądu stałego.
Chiny zrobiły krok w arcyważną stronę
Super Air Power Bank z pustyni Gobi nie odpowiada jeszcze na wszystkie pytania, ale stawia kilka bardzo wyraźnych tez. Po pierwsze to, że w czasach gwałtownie rosnącego udziału odnawialnych źródeł energii nie da się dłużej polegać wyłącznie na jednym rodzaju magazynów. Po drugie, że technologie, które jeszcze niedawno kojarzyły się z laboratoryjnymi ciekawostkami, mogą w stosunkowo krótkim czasie trafić na skalę przemysłową, jeśli tylko znajdzie się wystarczająco zdeterminowanego inwestora. Po trzecie wreszcie, że w dyskusji o przyszłości energetyki coraz większe znaczenie ma nie tylko sama produkcja zielonego prądu, ale także jego logistyka, czyli zdolność do przenoszenia energii w czasie.
Czytaj też: Dorzucili do akumulatorowych ogniw kuliste cząsteczki węgla. Tak przekuli marzenie przekute na rzeczywistość
Dla reszty świata chińska instalacja może stać się zarówno inspiracją, jak i poligonem obserwacyjnym. Jeśli za kilka lat okaże się, że magazyn z ciekłego powietrza pracuje stabilnie, a jego koszty eksploatacji spadają wraz z kolejnymi wdrożeniami, pojawi się realna alternatywa dla rozległych farm akumulatorowych w miejscach, gdzie te ostatnie są zbyt drogie lub zbyt trudne do zbudowania. Jeżeli natomiast ekonomia okaże się barierą nie do pokonania, projekt z Gobi i tak pozostanie ważną lekcją, pokazującą granice opłacalności technologii w obecnych uwarunkowaniach. Na razie pewne jest tylko jedno: eksperyment właśnie przeniósł się z sali konferencyjnej i papierowych analiz w realny świat, a to zawsze moment, w którym dyskusja o przyszłości energetyki staje się znacznie ciekawsza.