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Druckluftsystem könnte Windkraft unterstützen
SustainX , ein Startup im Westlibanon, New Hampshire, hat 20 Millionen US-Dollar Risikokapital erhalten, um seine Druckluftspeichertechnologie im großen Maßstab zu testen.
Die Technologie könnte eine breitere Nutzung von Druckluftspeichern ermöglichen, was wiederum erneuerbare Energien attraktiver machen könnte, da nachts erzeugter Windstrom bis in die Tagesstunden gespeichert werden könnte, wenn die Nachfrage höher ist . Wenn dies erfolgreich ist, könnte die Technologie den Bau von Erdgaskraftwerken zur Deckung des Spitzenstrombedarfs verringern.
Der Bedarf an Speicher nimmt zu, da die Regierungen den Einsatz von mehr erneuerbarer Energie vorschreiben. SustainX hat einen 40-Kilowatt-Prototyp demonstriert und stellt nun ein Ein-Megawatt-System fertig, das im nächsten Jahr beim Energieversorger AES eingesetzt werden soll.
Bei der konventionellen Druckluftspeicherung wird Strom zur Verdichtung von Luft verwendet, die in unterirdischen Kavernen oder Grundwasserleitern gespeichert wird. Diese Luft wird dann freigesetzt, um einen Turbinengenerator anzutreiben, der bei Bedarf Strom erzeugt. Ein solcher Speicher kostet ungefähr ein Zehntel dessen, was ein Batteriespeicher kostet, aber er wird nicht viel genutzt, da er vor allem einen Standort mit unterirdischem Speicher benötigt. Das System von SustainX beseitigt dieses Problem, da es oberirdische Lagertanks anstelle von Kavernen effizient nutzen kann.
Das Speichern von Druckluft in oberirdischen Tanks ist mit einem herkömmlichen System auf Turbinenbasis wegen der Größe und Kosten der Tanks unpraktisch. Die Technologie von SustainX reduziert die Kosten für die Tanks und andere Kapitalkosten. Wir bieten oberirdische Druckluftspeicher zu unterirdischen Preisen an, sagt Mitbegründer und Vizepräsident Dax Kepshire.
Das Unternehmen senkt die Kosten, indem es anstelle von Turbinen Kolben zur Stromerzeugung einsetzt. Gasturbinen können nur aus einem engen Luftdruckbereich Strom erzeugen. Die Kolben können in einem größeren Bereich arbeiten – und da Luft stärker komprimiert werden kann, kann das System mehr Energie speichern. Außerdem funktionieren die Kolben gut, wenn der Druck im Tank zu weit abgefallen ist, um eine Turbine anzutreiben.
Darüber hinaus verbessert das Unternehmen die Effizienz der Anlage, indem es die erzeugbare Strommenge erhöht. Bei herkömmlichen Systemen geht die durch die Druckluft erzeugte Wärme an die Atmosphäre verloren. Um Strom zu erzeugen, muss die kalte, komprimierte Luft beim Expandieren erwärmt werden, wofür Kraftstoff benötigt wird.
Die Technologie von SustainX reduziert diesen Wärmeverlust erheblich. Es komprimiert Luft, indem es Elektrizität verwendet, um Kolben in Zylindern anzutreiben. Um Energie freizusetzen, treibt expandierende Luft die Kolben rückwärts an, was einen Generator antreibt. Ein feiner Wasserstrahl im Inneren der Zylinder absorbiert die beim Verdichten entstehende Wärme. Das heiße Wasser wird gespeichert und während der Expansion in die Zylinder zurückgespritzt, sodass das System keinen zusätzlichen Brennstoff benötigt, um die Luft zu erwärmen. Der Wasserstrahl steigert die Energieeffizienz des Prozesses von 54 auf 95 Prozent, sagt Firmenmitbegründer Ben Bollinger.
Laut Kepshire kann das System Strom für weniger Strom liefern als Erdgaskraftwerke, die zur Stromversorgung bei Spitzenbedarf verwendet werden.
SustainX ist eines von wenigen Unternehmen, die sich mit isothermer Druckluftspeichertechnologie beschäftigen. Der andere große Akteur auf diesem Gebiet, mit Sitz in Newton, Massachusetts Allgemeine Kompression , hat vor kurzem über 50 Millionen US-Dollar für sein System gesammelt, das eine Windturbine verwendet, um den Kompressor und die Luftexpansionseinheit anzutreiben. Weltweit gibt es nur zwei in Betrieb befindliche Druckluft-Energiespeicher, eine in Alabama und eine in Deutschland, mit einer Gesamtleistung von 440 Megawatt. In den USA befinden sich zwei Projekte im Bau: eine 300-Megawatt-Anlage in Kern County, Kalifornien, und eine 145-Megawatt-Anlage in Watkins Glen, New York.
Isotherme Druckluftspeicher haben das Potenzial, energieeffizienter zu sein als konventionelle Systeme, aber Demonstrationen in Originalgröße werden der Beweis sein, sagt Mark Johnson, Programmdirektor bei der Advanced Research Projects Agency-Energy des US-Energieministeriums. Es könne fünf Jahre oder länger dauern, bis sich solche Systeme als wirtschaftlich erweisen und breite Anwendung finden, sagt er.
Robert Schainker, Senior Technical Executive bei der Forschungsinstitut für elektrische Energie in Palo Alto, Kalifornien, sagt, dass die oberirdische Speicherung auf weniger als vier Stunden begrenzt sein wird – für größere Speichermengen sieht die Wirtschaftlichkeit für unterirdische Kavernen besser aus. Das Hinzufügen einer Kilowattstunde Speicher zu einer Kaverne könnte 2 US-Dollar kosten, sagt er, verglichen mit 250 US-Dollar für das Hinzufügen einer Kilowattstunde Speichertanks.