Výzkumníci provedli technicko-ekonomickou analýzu, aby prozkoumali proveditelnost systému skladování energie z kapalného vzduchu o výkonu 10 MW-80 MWh na čínském trhu s elektřinou. Jejich hodnocení ukázalo, že značná míra kolísání cen se jeví v současnosti

Výzkumníci provedli technicko-ekonomickou analýzu, aby prozkoumali proveditelnost systému skladování energie z kapalného vzduchu o výkonu 10 MW-80 MWh na čínském trhu s elektřinou. Jejich hodnocení ukázalo, že značná míra kolísání cen se jeví v současnosti zásadním faktorem pro komerční vyspělost této technologie skladování.

Výzkumníci z Sichuan Normal University v Číně představili rámec založený na skutečných možnostech pro hodnocení investic do velkokapacitního skladování energie z kapalného vzduchu (LAES).

Jejich práce navazuje na předchozí výzkum, ve kterém představili systém LAES, který uchovává elektřinu ve formě kapalného vzduchu nebo dusíku při kryogenních teplotách. ,,V naší nové analýze jsme vzali v úvahu nejisté faktory, jako jsou investiční náklady a cena elektřiny v Číně," řekl odpovídající autor výzkumu Xiaoyuan Chen. ,,Také jsme zkoumali dopad různých pobídek, včetně dotací a preferenčních daňových politik, na investice LAES."

Jejich analýza se provedla na systému LAES o výkonu 10 MW-80 MWh, který se opíral o vysokoteplotní nádrž s tepelným olejem pro akumulaci kompresního tepla. Během procesu akumulace energie se vzduch stlačuje třístupňovým kompresorem poháněným mimošpičkovou elektřinou. Následně se vysokotlaký vzduch ochlazuje mezichladiči a dále zkapalňuje přes chladící box a nízkoteplotní turbínový expandér.

Zkapalněný vzduch se poté odtlakuje na atmosférický tlak a skladuje v nádrži na kapalný vzduch. V rámci tohoto procesu prochází vysokoteplotní vzduch výměnou tepla s teplosměnným médiem a výsledné stlačené teplo je poté zachyceno tepelným olejem a uloženo ve vysokoteplotním zásobníku tepla (HTST), aby se usnadnil ohřev vzduchu během procesu vypouštění.

Posouzení ekonomické proveditelnosti skladování energie v kapalném vzduchu

Během procesu uvolňování energie je kapalný vzduch natlakován pomocí kryogenního čerpadla, po kterém následuje odpařování ve výparníku. Následně je vyrobený vysokotlaký vzduch dále ohříván horkým olejem z HTST pomocí přihřívače. Poté se expanduje do třístupňové jednotky vzduchové turbíny pro výrobu elektřiny. Termální olej použitý v dohřívači se poté rezervuje a skladuje v nízkoteplotním zásobníku tepla (LTST). Uložený olej se využije v dalším cyklu nabíjení.

„Ve vícegeneračním režimu slouží zbývající vysokoteplotní termální olej jako zdroj tepla pro absorpční chladničku (AR). Ta umožňuje generování studené energie,“ vysvětlil Chen. „Po uvolnění části tepla v AR se vypuštěný termální olej smíchá s nízkoteplotním termálním olejem. Po výměně tepla prostřednictvím výměníků tepla (HEX) se směsný tepelný olej uloží v LTST. Tento proces umožňuje dodávku teplé vody na stranu uživatele.“

Simulace a výpočty systému se provedly pomocí softwaru Aspen HYSYS. Spotřeba energie během procesu komprese je 18,168 MW. Výstupní výkon vzduchové turbíny je 10,02 MW. Vícegenerační systém navíc poskytne 3 942,44 kW pro vytápění a 2 114,26 kW pro chlazení. Zpáteční účinnost systému je 65,71 %.

„Naše ekonomická analýza ukázala, že za současných podmínek na čínském trhu s elektřinou se jeví téměř nemožné spustit okamžitou investici do vícegeneračního systému LAES,“ řekl Chen. „Doporučené investiční časy jsou 2029 pro Guangdong a 2031 pro Jiangsu. Pro Peking a Čching-chaj je optimální doba investice rok 2036. V optimálních investičních dobách se specifické kapitálové výdaje odhadují v rozmezí od 20 tis. Kč/kW do 27 tis. Kč/kW. Zatímco vyrovnané náklady na skladování (LCOS) se pohybují od 2,40 Kč/kWh do 4 Kč/kWh. Optimální investiční hodnoty jsou asi 27 tis. Kč/kW pro Peking, 21 500 Kč/kW pro Guangdong a 20 400 Kč/kW pro Qinghai.

Vícegenerační skladování energie

Pokud jde o dopad pobídkových politik, výsledky ukazují, že preferenční daňové politiky mohou zvýšit investiční hodnotu systému LAES. A to zejména v regionech s vyššími rozdíly v cenách elektřiny ve špičkách. Zvýšení investiční dotace a efekt učení technologií má omezený dopad na stimulaci investic. Naproti tomu politika dotací na vypouštění může posunout investice alespoň o jeden rok a stává se tak výhodnější pro podporu investic do systémů LAES. ,,V Guangdongu se doporučuje, aby investoři podnikli investiční akce okamžitě, jakmile dotace na vybití jednotky dosáhne 3 Kč/kWh," řekl Chen.

Výzkumníci uvedli, že zajištění vhodné úrovně cenové volatility se jeví zásadním faktorem při pobídce k účasti LAES na trhu s elektřinou.

Doporučuje se dále zlepšovat proveditelnost pro cenové mechanismy podle doby použití, aby se vytvořil větší potenciál zisku pro operace LAES. Zadruhé, tvůrci politik by měli upřednostňovat zavádění politik dotací na absolutorium kvůli omezenému pokroku v optimální době investice a zlepšení optimální hodnoty investice vyplývající ze zvyšujících se investičních dotací a efektů učení technologií. Za třetí, vlády by měly aktivně posilovat trhy pomocných služeb, aby poskytovaly diverzifikované výhody pro projekty LAES, protože politiky, které se zaměřují na zvyšování výnosů spíše než na pouhé snižování investičních nákladů, jsou při podpoře investic do LAES efektivnější.

Podrobnosti jejich analýzy lze nalézt ve studii „Rámec založený na skutečných možnostech pro vícegenerační investiční rozhodnutí o skladování energie v kapalném vzduchu za mnoha nejistot a politických pobídek“, publikované v Energy.

LAES má v současnosti úroveň proveditelnosti a připravenosti technologie (TRL) 8. TRL měří vyspělost technologických komponent systému a zakládá se na stupnici od jedné do devíti, přičemž devět představuje vyspělé technologie pro plné komerční využití.

Zdroj: pv-magazine, Vapol