AUDIO REO. Posłuchaj tekstu artykułu na podcaście:

 



Dynamiczny rozwój odnawialnych źródeł energii sprawił, że równie dynamicznie rozwijają się technologie służące do magazynowania prądu. I właśnie w kontekście OZE są one szczególnie interesujące, ponieważ źródła wiatrowe oraz solarne charakteryzują się okresowym brakiem korelacji pomiędzy wytwarzaniem a zapotrzebowaniem.

Generacja ze źródeł wiatrowych jest zwykle większa w nocy, kiedy zużycie energii elektrycznej przez odbiorców jest niższe, albo moc generowana przez źródła solarne waha się znacząco w przypadku zwiększonego zachmurzenia. Do tego dochodzi trudność w zakresie długookresowego prognozowania generacji pochodzącej z tych źródeł. Te cechy nie są ich wadą, a jedynie atrybutem, który należy brać pod uwagę i który dał impuls do rozwoju technologii magazynowania energii.

Jednocześnie pamiętać należy, że obciążenie energetyki korzystającej ze źródeł kopanych opłatami za emisję CO2 ma służyć rozwojowi źródeł zeroemisyjnych, czyli OZE. Skoro tak, to siłą rzeczy rozwijają się technologie, które służą lepszemu wykorzystaniu energii ze źródeł odnawialnych.

Sama idea magazynowania energii elektrycznej nie jest nowa. Rozwija się od wielu lat, także w Polsce. Najbardziej upowszechnioną formą przechowywania prądu są elektrownie szczytowo-pompowe. Działają one na zasadzie przepompowywania wody ze zbiornika dolnego do górnego w czasie mniejszego zapotrzebowania na energię (albo zwiększonej generacji z OZE), aby w dowolnej chwili wygenerować prąd, wykorzystując energię potencjalną grawitacji wody.

W Polsce elektrownie szczytowo-pompowe powstawały w latach 60. XX wieku, a obecnie dysponują łączną mocą około 1600 MW. Według danych Międzynarodowej Agencji Energii stanowią one około 99% wszystkich magazynów energii na świecie. Pozostałe 1% jest obecnie zdominowane przez instalacje wykorzystujące sprężone powietrze oraz elektro-chemiczne zasobniki bateryjne, czyli klasyczne akumulatory. Na rynek wchodzą także magazyny prądu wykorzystujące skroplone powietrze oraz inne paliwa jak wodór czy metanol.



Rodzaje magazynów energii
– elektrownie szczytowo-pompowe

– zasobniki bateryjne
– sprężone powietrze
– skroplone powietrze
– wodór oraz metanol



 

Na magazyny energii możemy też spojrzeć przez pryzmat parametrów technicznych. Elektrownie szczytowo-pompowe mają największą moc i mogą zmagazynować największą ilość prądu. Na przeciwległym biegunie znajdują się baterie, których pojemność jest niewielka, ale wyróżnia je szybkość reakcji i duża ilość zgromadzonego ładunku elektrycznego , jaka może być oddana w krótkim czasie. Są wykorzystywane w napędach pociągów, np. w Metrze Warszawskim, do bilansowania krótkotrwałych poborów mocy (nie energii). Pozostałe rodzaje magazynów prądu również możemy opisywać w kategoriach zainstalowanej mocy oraz maksymalnego czasu naładowania czy rozładowywania.

Analizując parametry techniczno-ekonomiczne poszczególnych rodzajów magazynów energii, należy oceniać je także pod względem dojrzałości technologicznej. Pod tym względem elektrownie szczytowo-pompowe są najbardziej dojrzałe. Działają od lat w realnym środowisku energetycznym, podczas gdy inne, jak np. technologie wodorowe, są w fazie demonstracyjnej lub badawczo-rozwojowej. Ważna też jest sprawność cyklu ładowania i rozładowywania. Dla elektrowni szczytowo-pompowej jest ona bliska 80%, technologia skroplonego powietrza charakteryzuje się sprawnością rzędu 50%. Natomiast w przypadku wodoru – jeśli weźmiemy pod uwagę cały proces konwersji energii: wytworzenie wodoru, sprężenie, zmagazynowanie oraz wykorzystanie go jako paliwa – sprawność wynosi około 30%.



Charakterystyka magazynów prądu
– moc
– pojemność
– sprawność
– prędkość ładowania/rozładowywania
– żywotność
– nakłady inwestycyjne
– koszty eksploatacyjne



Magazyny energii ocenia się także pod kątem żywotności instalacji. I tu znowu przodują elektrownie szczytowo-pompowe, których żywotność liczy się w dziesiątkach lat. Jednak ten parametr jest także podstawowy przy ocenie zasobników bateryjnych, czy to sodowo-siarkowych czy litowo-jonowych. Im więcej cykli ładowania i rozładowania jest w stanie przejść akumulator, tym większa jego wartość.

Oczywiście porównując ze sobą różne technologie magazynowania energii bierze się również pod uwagę wielkość nakładów inwestycyjnych oraz kosztów utrzymania.

Na podstawie takich parametrów można porównywać ze sobą technologie magazynowania energii. Jedne są droższe, ale mają większą żywotność. Inne mogą przechowywać duże ilości energii praktycznie bez strat wynikających np. z upływności energii.

Dlatego w dyskusji o magazynowaniu energii nie jest bez znaczenia, czy chodzi nam o bezpieczeństwo, czy też o zapewnienie ciągłości zasilania, bilansowanie usług systemowych, regulację częstotliwości, regulację napięć. A może tworzymy magazyn energii w celu uniknięcia nakładów inwestycyjnych, bo coraz częściej warto je zastosować zamiast budować linię wysokiego napięcia. Daje to możliwość dozowania prądu liniami lokalnymi w zależności od zapotrzebowania. Takie rozwiązania są już stosowane w praktyce.

Jak dotąd system dostarczania prądu był zdeterminowany przez sposób działania elektrowni węglowych albo gazowych. Obecnie stoimy przed możliwością dostosowania go do poziomu zapotrzebowania, czyli naszych oczekiwań jako odbiorców energii. Źródła wiatrowe i słoneczne nie wytwarzają energii wtedy, kiedy zapotrzebowanie jest największe. Dlatego jej niewykorzystanie jest suma summarum wielką stratą. I właśnie magazynowanie energii jest odpowiedzią na to marnotrawstwo.

 

Henryk Majchrzak
Z energetyką związany od 1986 roku. Praktyk, pasjonat, a z racji wykształcenia także i naukowiec. Jest autorem dwóch monografii dotyczących funkcjonowania elektroenergetyki. W latach 2010-15 odpowiadał za krajowy system przesyłowy jako prezes spółki Polskie Sieci Elektroenergetyczne S.A. Obecnie specjalizuje się w dziedzinie innowacyjnych technologii wytwarzania prądu i ciepła.