Sprężone powietrze zamiast baterii litowych - jak Chiny magazynują energię w solnych kawernach

Problem, który spędza sen z powiek operatorom sieci

Im więcej energii elektrycznej pochodzi z wiatru i słońca, tym trudniej utrzymać stabilność sieci. Produkcja z OZE bywa nieprzewidywalna - w jednej chwili nadwyżki trzeba gdzieś odłożyć, a kilka godzin później brakuje mocy w godzinach szczytu. Baterie litowo-jonowe sprawdzają się w krótkoterminowym bilansowaniu, ale przy magazynowaniu na skalę gigawatogodzin ich koszt i ograniczona żywotność stają się poważną barierą. Odpowiedzią może być technologia, która wraca do łask po latach w cieniu - magazynowanie energii w sprężonym powietrzu, ukrytym głęboko pod ziemią w naturalnych kawernach solnych. Chiny pokazują, że da się to zrobić na ogromną skalę.

Jintan - podziemny gigant w prowincji Jiangsu

W dzielnicy Jintan miasta Changzhou, w prowincji Jiangsu, działa instalacja Huaneng Jintan, która właśnie przeszła kolejny etap rozbudowy. Druga faza projektu to dwie jednostki o mocy 350 MW każda - łącznie 700 MW. Cały system magazynuje 2,8 GWh energii, a sprężone powietrze trafia do podziemnych komór o łącznej objętości 1,2 mln metrów sześciennych. Inwestor podaje, że sprawność konwersji energii przekracza 70 procent, co stawia tę technologię w konkurencyjnej pozycji wobec innych metod magazynowania na dużą skalę. Obok nowej części działa już pierwsza faza instalacji, uruchomiona w 2022 roku, o mocy 60 MW i pojemności 300 MWh.

Mechanizm działania: sprężarki, kawerny i turbiny

Zasada działania technologii CAES (compressed air energy storage) jest pozornie prosta. Gdy produkcja energii elektrycznej przewyższa aktualne zapotrzebowanie, nadwyżki napędzają sprężarki, które tłoczą powietrze pod ciśnieniem przekraczającym 130 atmosfer do podziemnych kawern. W momencie wzrostu zapotrzebowania - na przykład w godzinach szczytu - sprężone powietrze jest uwalniane i poprzez turbiny generuje prąd, który natychmiast trafia do sieci.

Dlaczego akurat sól

Wybór miejsca magazynowania ma kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa i efektywności całego systemu. Inżynierowie postawili na kawerny solne, położone około kilometra pod powierzchnią ziemi. Formacje solne są wyjątkowo szczelne i mają zwartą strukturę, dzięki czemu ryzyko niekontrolowanego wycieku magazynowanego gazu jest praktycznie wyeliminowane. Takie komory nie powstają same - tworzy się je, wtłaczając do złoża słodką wodę, która rozpuszcza pokłady soli. Powstałą solankę wypompowuje się na powierzchnię, a w miejscu po rozpuszczonej soli zostaje przestronna, szczelna przestrzeń gotowa do pełnienia funkcji magazynu.

Ciepło, które nie idzie na marne

Sprężanie powietrza generuje duże ilości ciepła, które w wielu klasycznych systemach CAES po prostu się marnuje. W Jintan postanowiono to ciepło odzyskiwać - na terenie obiektu zainstalowano 16 kulistych zbiorników wodnych o pojemności 3,5 tysiąca metrów sześciennych każdy, co daje łącznie 56 tysięcy metrów sześciennych - odpowiednik około 22 basenów olimpijskich. Ciepło zgromadzone podczas sprężania powietrza wykorzystywane jest później do podgrzewania powietrza w chwili jego uwalniania z kawern. Dzięki temu cała instalacja pracuje efektywniej, a straty energii są mniejsze, co bezpośrednio przekłada się na opłacalność projektu.

Co dzieje się pod ziemią - monitoring i bezpieczeństwo

Praca magazynu nadzorowana jest z centrum sterowania, gdzie operatorzy mają stały dostęp do danych z infrastruktury naziemnej i czujników rozmieszczonych wewnątrz podziemnych kawern. Taki system pozwala na bieżąco kontrolować parametry pracy instalacji, szybko wychwytywać odchylenia od normy i zapewniać bezpieczną eksploatację przez wiele lat.

Nie tylko Jintan - Jiangsu jako zagłębie magazynów CAES

Projekt w Jintan, choć największy, nie jest w prowincji Jiangsu odosobniony. Działa tam także instalacja Huai’an, złożona z dwóch bloków po 300 MW każdy - łącznie 600 MW mocy. System ten może zmagazynować 2400 MWh energii przy sprawności konwersji na poziomie około 71 procent. Wykorzystuje kawerny solne o łącznej objętości niemal 980 tysięcy metrów sześciennych, umiejscowione na głębokości od 1,15 do 1,5 kilometra. Podobnie jak w Jintan, odzyskiwane jest tu ciepło powstające podczas sprężania powietrza, magazynowane w postaci gorącej wody. Koszt budowy Huai’an oszacowano na około 520 milionów dolarów.

Stara technologia w nowej odsłonie

Wykorzystanie kawern solnych do przechowywania różnych mediów nie jest nowością - od lat służą one między innymi do magazynowania gazu ziemnego. Sama idea magazynowania energii w sprężonym powietrzu również funkcjonuje od dekad. Nowością jest skala, na jaką zdecydowały się Chiny, realizując projekty tej wielkości. Warto jednak podkreślić, że podobne rozwiązania rozwijane są również poza granicami Państwa Środka.

Izraelski wariant technologii trafia do Europy

Przykładem innego podejścia do tematu jest izraelska spółka Airengy, działająca wcześniej pod nazwą Augwind i notowana na giełdzie w Tel Awiwie. Firma opracowała system CAPP (Compressed Air Power Plant), który łączy cechy klasycznego magazynu sprężonego powietrza z rozwiązaniami znanymi z elektrowni szczytowo-pompowych. Sercem technologii jest system AirBattery, w którym zamknięty układ tłoka cieczowego pozwala sprężać powietrze w sposób niemal izotermiczny, ograniczając straty energii. Sprężone powietrze trafia następnie do podziemnych kawern solnych - podobnie jak w chińskich instalacjach.

Airengy rozwija projekty magazynów energii w Europie, współpracując z partnerami w Danii, Niemczech, Wielkiej Brytanii i Rumunii. Firma zaznaczyła swoją obecność również w Polsce, podpisując ofertę przejęcia 100 procent udziałów w farmie wiatrowej Flux - działającej od ponad dekady elektrowni wiatrowej o mocy zainstalowanej około 7,84 MW. Po finalizacji transakcji będzie to pierwsze aktywo wiatrowe w portfelu izraelskiej spółki, co może zapowiadać szersze plany ekspansji w regionie Europy Środkowo-Wschodniej.

Co to oznacza w praktyce

• Magazyny CAES w kawernach solnych pozwalają przechowywać energię w skali gigawatogodzin - znacznie większej niż typowe baterie litowo-jonowe.
• Sprawność konwersji na poziomie 70-71 procent, osiągana dzięki odzyskowi ciepła, czyni tę technologię konkurencyjną kosztowo wobec innych metod magazynowania wielkoskalowego.
• Kluczowym warunkiem jest dostępność odpowiednich formacji geologicznych - nie każdy region dysponuje złożami soli nadającymi się do budowy kawern.
• Rozwój technologii poza Chinami, w tym projekty Airengy w Europie i obecność tej firmy w Polsce, sugeruje, że CAES może zyskać na znaczeniu także w regionie Europy Środkowo-Wschodniej.

Jaka przyszłość czeka magazynowanie w sprężonym powietrzu

Rozbudowa instalacji takich jak Jintan i Huai’an pokazuje, że branża OZE aktywnie poszukuje bardziej zaawansowanych i ekonomicznych metod stabilizacji sieci energetycznych. Kawerny solne, dzięki swojej szczelności i dużej pojemności, mogą stać się jednym z filarów infrastruktury energetycznej przyszłości - zwłaszcza tam, gdzie warunki geologiczne na to pozwalają. Chińskie doświadczenia oraz rosnące zainteresowanie technologią CAES w Europie wskazują, że tego typu magazyny mogą odegrać istotną rolę w globalnej transformacji energetycznej.