A napenergia egyik legnagyobb kihívása, hogy a termelés és a fogyasztás időben gyakran nem találkozik. A napelemek nappal termelnek a legtöbbet, miközben az energiaigény sok esetben az esti órákban a legmagasabb. Ezért a megújuló energiaforrások térnyerésével egyre fontosabb kérdéssé válik az energiatárolás.
Amikor energiatárolásról beszélünk, a legtöbben az akkumulátorokra gondolnak. Létezik azonban egy másik, kevésbé ismert, mégis rendkívül hatékony technológia: a koncentrált napenergia (CSP – Concentrated Solar Power) és annak hőtárolási rendszerei.
Mi az a koncentrált napenergia (CSP)?
A CSP rendszerek nem közvetlenül villamos energiát termelnek, mint a hagyományos fotovoltaikus napelemek. Ehelyett tükrök segítségével egy pontra vagy csővezetékre koncentrálják a napsugarakat, amelynek hatására egy folyadék rendkívül magas hőmérsékletre melegszik fel. Ezt a hőt később villamosenergia-termelésre használják fel.
A technológia egyik legnagyobb előnye, hogy a megtermelt energia nemcsak azonnal használható fel, hanem hosszú időre eltárolható is.
Az olvadt só mint „napenergia-akkumulátor”
A modern CSP erőművek egyik legelterjedtebb energiatárolási megoldása az olvadt só használata. A rendszer lényege, hogy a napsugárzás által felhevített sókeveréket hatalmas szigetelt tartályokban tárolják. Ezek a sók akár 565 °C hőmérsékletet is elérhetnek.
Amikor villamos energiára van szükség – akár naplemente után is –, a tárolt hő segítségével vizet forralnak, gőzt állítanak elő, majd egy hagyományos gőzturbinát hajtanak meg. Ezáltal az erőmű akkor is képes energiát szolgáltatni, amikor már nincs napsütés.
Egy ilyen hőtároló rendszer mérete lenyűgöző lehet. A dokumentumban bemutatott Crescent Dunes CSP erőmű például akkora hőtároló tartállyal rendelkezik, amely elegendő energiát képes tárolni ahhoz, hogy akár napi 1100 MWh villamos energiát termeljen a tárolt napenergiából.
Hogyan működik a rendszer?
Torony típusú CSP
Ebben a megoldásban több ezer mozgatható tükör (heliosztát) követi a Nap mozgását, és a fényt egy központi torony tetején található vevőegységre irányítja. A toronyban keringő olvadt só a koncentrált napsugárzás hatására felhevül, majd egy forró tartályba kerül tárolásra. Később ebből nyerik ki a hőenergiát az áramtermeléshez.
Parabolavályús CSP
A másik elterjedt technológia a parabolavályús rendszer. Itt a tükrök egy hosszú csőre fókuszálják a napsugarakat, amelyben hőátadó folyadék – jellemzően speciális olaj – kering. A felmelegített folyadék energiáját vagy közvetlenül felhasználják, vagy hőtároló rendszerben raktározzák el későbbi felhasználásra.
Meddig tárolható a hőenergia?
Az egyik legérdekesebb tulajdonsága az olvadt sós energiatárolásnak, hogy a tárolt hő rendkívül lassan vész el. A dokumentum szerint az olvadt só naponta mindössze körülbelül 1 °C hőmérsékletet veszít, így az energia akár hónapokig is eltárolható.
A sókeverékek további előnye, hogy akár 30–40 éven keresztül újra és újra felhasználhatók, így a rendszer hosszú távon gazdaságosan üzemeltethető.
Az energiatárolás többféle módja
A CSP rendszerekben többféle hőtárolási technológia létezik:
Kéttartályos közvetlen rendszer
A hőenergia ugyanabban a folyadékban tárolódik, amely a napenergiát összegyűjti. Egy „hideg” és egy „forró” tartály között kering a közeg.
Kéttartályos közvetett rendszer
Ebben az esetben a hőátadó és a tároló folyadék különböző. A rendszer egy plusz hőcserélőt igényel, de bizonyos alkalmazásoknál gazdaságosabb lehet.
Termoklin (egytartályos) rendszer
Ez az egyik legizgalmasabb megoldás. Itt a hőenergiát szilárd közegben – például kvarchomokban – tárolják. A tartályban kialakul egy hőmérsékleti rétegződés (termoklin), amely lehetővé teszi a hőenergia hatékony eltárolását és visszanyerését. Ez a technológia a későbbiekben akár a ma sokat emlegetett „homokakkumulátorok” alapját is képezheti.
Miért fontos ez a jövő szempontjából?
A megújuló energiák terjedésének egyik legnagyobb akadálya ma nem maga az energiatermelés, hanem annak tárolása. A CSP rendszerek és az olvadt sós hőtárolás lehetővé teszik, hogy a napenergia ne csak nappal, hanem éjszaka vagy borult időben is rendelkezésre álljon.
Miközben a hagyományos napelemek egyre olcsóbbak és hatékonyabbak, a hosszú távú energiatárolási megoldások jelenthetik a következő nagy lépést a fenntartható energiatermelésben. Nem véletlen, hogy világszerte egyre több kutatás és beruházás irányul az olvadt sóval, homokkal és más hőtároló anyagokkal működő energiatároló rendszerek fejlesztésére.
Összegzés
A koncentrált napenergia-technológia megmutatja, hogy a napenergia nemcsak termelhető, hanem hatékonyan tárolható is. Az olvadt sóval vagy akár homokkal működő hőtároló rendszerek lehetővé teszik, hogy a Nap energiája akkor is rendelkezésünkre álljon, amikor már rég lement a nap.
A jövő energiarendszerében várhatóan nem egyetlen technológia lesz a nyertes, hanem a napelemek, az akkumulátorok, a hőtároló rendszerek és más innovatív energiatárolási megoldások együtt fogják biztosítani a folyamatos, tiszta és fenntartható energiaellátást.
Forrás: SolarPACES és U.S. Department of Energy összefoglalói a koncentrált napenergia-hasznosítás és hőenergia-tárolás működéséről.
