Na czym polega innowacja?
Podstawą rozwiązania jest zmodyfikowany cykl Allam-Fetvedta, czyli stosunkowo nowa metoda wytwarzania energii, która spala paliwo w mieszaninie tlenu i dwutlenku węgla. Pozwala to na niemal całkowite wychwytywanie CO2 i minimalizację emisji gazów cieplarnianych. Prawdziwa innowacja polega jednak na wykorzystaniu wahań cen energii. Jak wyjaśnia Jeffrey Moore z SwRI:
Naszym pomysłem jest generowanie tlenu w godzinach poza szczytem, kiedy energia elektryczna jest tańsza ze względu na niższy popyt. Tlen można następnie przechowywać w postaci płynnej, a później przekształcić z powrotem w gaz do wykorzystania w elektrowni
System działa jak ogromny magazyn energii, tyle że zamiast akumulatorów wykorzystuje ciekły tlen. Gdy zapotrzebowanie na prąd rośnie, a wraz z nim ceny, elektrownia może użyć zmagazynowanego wcześniej tlenu do efektywniejszego spalania paliwa. Największą przeszkodą w podobnych systemach była zawsze energochłonna separacja tlenu z powietrza. Ten proces pochłaniał dotąd około 10% mocy wyjściowej elektrowni, co znacząco obniżało opłacalność całego przedsięwzięcia. Amerykański zespół przeprowadził szczegółową analizę ekonomiczną, modelując zarówno wydajność, jak i koszty przez cały rok. Wyniki wskazują na rentowność systemu, szczególnie w kontekście rosnącej niestabilności cen energii.
Komponenty tego systemu są bardzo dojrzałe. Separacja powietrza i generowanie ciekłego tlenu istnieją od dziesięcioleci. To dzięki temu polecieliśmy na księżyc. Łączymy te przetestowane, pojedyncze elementy w większych skalach – dodaje Moore
Kontekst energetyczny
Pojawienie się tego pomysłu nie jest przypadkowe. Badania Uniwersytetu Princeton i National Renewable Energy Laboratory wskazują, iż zmienność cen energii będzie rosnąć wraz ze zwiększaniem udziału odnawialnych źródeł w miksie energetycznym. Obecnie sieć energetyczna USA w około 10-15% opiera się na OZE. Gdy ten udział wzrośnie do 30%, problemy z niestabilnością produkcji energii wiatrowej i słonecznej staną się znacznie poważniejsze. Moore obrazuje skalę wyzwania:
Dane pokazują, że w niektórych regionach ceny mogą pozostawać niskie przez tygodnie, a następnie gwałtownie wzrosnąć na długie okresy. Obecnie nie ma w sieci żadnego systemu magazynowania energii na dużą skalę
Czytaj też: Przełom w fotowoltaice dzięki prostemu dodatkowi. Perowskity wreszcie gotowe na masową produkcję
System magazynowania ciekłego tlenu mógłby odpowiedzieć na te wyzwania, pozwalając efektywnie przechowywać tanią energię z okresów niskiego zapotrzebowania. Naukowcy rozważają włączenie swojego rozwiązania do pilotażowej elektrowni Supercritical Transformational Electric Power Demo w San Antonio. To jeden z największych na świecie obiektów demonstracyjnych do wytwarzania energii z dwutlenku węgla w stanie nadkrytycznym. Dodanie magazynowania ciekłego tlenu i cyklu Allam-Fetvedta do STEP mogłoby zwiększyć efektywność paliwową całej instalacji. Byłby to pierwszy rzeczywisty test systemu w warunkach przemysłowych. Opisywana technologia wydaje się obiecująca, choć najważniejsza będzie jej przydatność w rzeczywistych warunkach. Łączy sprawdzone rozwiązania techniczne z inteligentnym wykorzystaniem ekonomii rynku energii. W okresie, gdy magazynowanie energii staje się kluczowe dla stabilności sieci, amerykański patent może wyznaczyć nowy kierunek rozwoju dla całej branży.