Íme itt az első hazai NAS, azaz nátrium-kén akkumulátor

Megérkezett az ország első nátrium-kén akkumulátor áramtárolója, amely a HUN-REN Energiatudományi Kutatóközpont (HUN-REN EK) telephelyén kapott helyett. A projekt során szerzett tapasztalatok segíthetik Magyarország karbonsemlegességének elérését.

A HUN-REN EK a karbonmentes, többlet villamos energia innovatív elektrokémiai tárolását elősegítő fejlesztések megvalósítása (2021-2.1.1-EK) támogatott pályázaton belül a Tesseract Energiatároló (2021-2.1.1-EK-2021-00002) projekt részeként lehetőséget kapott egy rendszerszintű szolgáltatásokat támogató demonstrációs akkumulátor telepítésére.

A japán NGK Insulators Ltd. által gyártott akkumulátor, illetve a svájci Indrivetec AG által készített, hozzá tartozó inverterek februárban érkeztek a kutatóközpont telephelyére, a budapesti KFKI campusra. A konténereket daruval emelték az előkészített alapozásra, a következő hetekben pedig megtörténik az akkumulátor és az inverterek egymással, illetve a telephelyi villamos és kommunikációs hálózattal való összekötése és üzembe helyezése.

A demonstrációs akku 1,45 MWh villamos energia tárolását fogja lehetővé tenni, amit különböző piaci szolgáltatásokkal – például frekvenciaszabályozás, illetve peak-shaving – tesztelnek majd.

Az üzembe helyezésekor ez lesz Magyarország első Na-S technológiájú akkumulátora. Az e folyamat során szerzett tapasztalatokkal a kutatóközpont szakmailag támogatni tudja majd a további piaci projekteket, ezzel is elősegítve hazánk karbonsemlegességének elérését.

Mi is az a nátrium-kén akkumulátor a gyakorlatban?

A nátrium-kén (NaS) akkumulátor az olvasztott só akkumulátorok egy típusa, amely folyékony nátrium és folyékony kén elektródákat használ. Ez a fajta akkumulátor a lítium-ion akkumulátorokhoz hasonló energiasűrűséggel rendelkezik és olcsó, nem mérgező anyagokból készül.

A szükséges magas üzemi hőmérséklet (általában 300 és 350 °C között), valamint a nátrium és a nátrium-poliszulfidok erősen korrozív és reaktív jellege miatt azonban ezek az akkumulátorok elsősorban helyhez kötött energiatárolási alkalmazásokra alkalmasak, nem pedig járművekben való használatra.

A nátrium-kén akkumulátorok (Na-S, vagy NAS) elektrokémiai cella alapúak és általában jó energiasűrűséggel (100-110 Wh/kg) rendelkeznek, de ez az NGK akku már jóval fejlettebb amúgy, több mint dupla, azaz 222 Wh/kg energiasűrűségű.

Akkumulátorban nagyon nagy kapacitásokra (több MW) használhatók, ami lehetővé teszi, hogy elektromos hálózatot támogató tárolórendszerekhez használják fel őket.

Alkalmazások a nagyvilágban

Többek között Na-S elemeket állítotak üzembe a Reunion-szigeten (1 MW), Texasban (4 MW), és számos alkalmazása található Japánban (több száz MW). Az egyebek mellett a gyújtógyertyáiról is ismert japán NGK ugyanis már 2013-ban is jelentős gyártója volt az ilyen, akkor még kísérleti tárolórendszereknek. Ezen akkumulátorok további előnye, hogy méretükben skálázhatóak. Ezért – ahogy az imént említettük – Catalina Island (USA, Kalifornia) már korábban létezett egy 1 MW-os mikrohálózatot támogató rendszer, valamint egy 50 MW/300 MWh-s nagyobb rendszer Fukuokában, Kyusyuban (Japán).

A nátrium-kén akkumulátor körül vannak kérdőjelek is

Nagyon alacsony tőkeköltségük és nagy energiasűrűségük (300-400 Wh/L) ellenére az olvasztott sósnak nevezhető nátrium-kén akkumulátorok mindeddig nem terjedtek el széles körben. Világszerte mindössze hozzávbetőleg 200 létesítményt telepítettek, amelyek együttes energia-teljesítménye 4 GWh feletti volt, szemben a lítium-ion akkumulátorok 948 GWh-jával. Ezek a globális adatok 2022-ig.  A neten található források szerint az olvadt nátrium-kén, azaz NAS akkumulátorok gyenge piaci elterjedése a biztonsági és tartóssági problémákra vezethető vissza. Ilyen például az átlagosan 1000 ciklusnál rövidebb élettartam (bár vannak beszámolók 15 éves üzemelésről évi 300 ciklussal). 2023-ban már csak egy vállalat (Niterra, korábban a japán NGK) gyárt kereskedelmi méretekben olvadt NaS akkumulátorokat.

Ugyanakkor – mint sok más magas hőmérsékletű akkumulátor –, a nátrium-kén cellák is egyre gazdaságosabbá válnak a méret növekedésével.

Ennek oka a négyzetes-törvény: a nagy celláknak kisebb a relatív hőveszteségük, így könnyebb fenntartani a magas üzemi hőmérsékletet. A kereskedelemben kapható cellák jellemzően nagy méretűek, nagy kapacitással (akár 500 Ah).

E konkrét akkutípus jobb, mint az átlag

Ezen akkuk technológiáját már több mint 20 éve alkalmazzák a 4 óránál hosszabb időt áthidalni képes energiatárolóknál. Ezen akkumulátorok lényege, hogy nem lítiumot, hanem a Földön bőségesen rendelkezésre álló alapanyagokat használnak: mint a kén, a nátrium és az alumínium-oxid, azaz timföld.

Az NGK ezen akkuja, hőszigetelése révén, széles hőmérsékleti tartományban tud működni. Tervezett élettartama körülbelül 20 (!) év, vagy 7300 (!) ciklus. A 290°C-360°C közötti hőmérsékleten működő, 1,2 kWh kapacitású és 222 Wh/kg energiasűrűségű akkumulátorcellákat egy, a képeinken is látható 6 méteres hosszúságú konténerbe építik be.

Fejlesztési irányok

Szobahőmérsékletű nátrium-kén akkumulátorok is ismertek. Ezek sem folyékony nátriumot, sem folyékony ként, sem nátrium-béta-alumínium-dioxid szilárd elektrolitot nem használnak, hanem teljesen más elvek alapján működnek, és más kihívásokkal szembesülnek, mint az itt tárgyalt magas hőmérsékletű olvasztott NaS-akkumulátorok.

Egy hasonló bolgár projekt

Egyébiránt pár hónapja Bulgáriában is üzembe helyeztek hasonló technológiát. Ugyanez a gyártó, az NGK Insulators, első kelet-európai projektjének keretében egy 500 kW / 2900 kWh kapacitású (5,8 órás üzemidővel rendelkező) NAS akkumulátort telepített. Ez a rendszer Bulgária nyugati részén, Kostinbrod városában található Rollplast üzemben fog működni, amely ablakokat, ajtókat és redőnyöket gyárt. A japán NGK számára ez az első lépése volt a kelet-európai piacon, ahol az akkumulátorrendszer a fenti bolgár üzem energiaellátását hivatott biztosítani.

A hír és a cikk forrásai. Hír: Energiatudományi Kutatóközpont; a nátrium-kén akkumulátor leírása: Wikipedia.org – fotók: HUN-REN Energiatudományi Kutatóközpont.

*

Tegyünk együtt a zöldebb és fenntarthatóbb jövőért!

Olvassa minden nap a Green.hu cikkeit, híreit!