Magazyny energii – przyszłość energetyki zawsze była związana z potrzebą ludzkości, aby efektywnie gromadzić energię i wykorzystywać ją w miarę potrzeb. Ludzkość coraz częściej poszukuje sposobów na oszczędzanie energii. I znajduje je, ale wynik uzyskuje się z różną wydajnością. Efektywność technologii magazynowania jest określona przez stosunek zużytej energii użytecznej do całkowitej ilości energii odbieranej przez system. Oznacza to, że wydajność magazynów energii jest mierzona w kategoriach strat energii podczas przechowywania w porównaniu do całkowitej ilości energii, która została włożona do systemu.
Czym są magazyny energii dla sektora energetycznego?
Technologia magazynowania energii jako jeden z filarów reformy sektora energetycznego, polega na wykorzystaniu urządzeń lub nośników fizycznych do magazynowania energii do późniejszego wykorzystania. Takie systemy są w stanie akumulować energię w okresach spadku zapotrzebowania na energię elektryczną i uwalniać ją przy szczytowym obciążeniu sieci. W ten sposób magazynowanie energii skutecznie rozwiązuje problem wahań mocy typowych dla segmentu OZE.
Po uruchomieniu magazyn energii staje się Inteligentnym rozwiązaniem do wykorzystania i ochrony zasobów energetycznych:
- Zdolnym do spłaszczania krzywej zapotrzebowania.
- Dostarczania energii elektrycznej w sytuacjach awaryjnych.
- Zarządzania mocą.
- Monitorowania zmian obciążenia i zapewniania elastycznej ochrony przed prądem wstecznym.
Rodzaje magazynów energii
Typowymi przykładami magazynowania energii są akumulatory, które przechowują energię chemiczną, którą można łatwo przekształcić w energię elektryczną do zasilania telefonu komórkowego, zapora hydroelektryczna, która przechowuje energię w zbiorniku jako grawitacyjna energia potencjalna. A także zbiorniki do przechowywania lodu, które przechowują zamarzniętą, tańszą energię przez noc do zaspokojenia szczytowego dziennego zapotrzebowanie na chłodzenie.
Rozwiązania stosowane do budowania magazynów energii łączą produkcję energii ze źródeł odnawialnych (fotowoltaika, wiatraki itp.), konwersję, zużycie energii na własne potrzeby bez konieczności jej wprowadzania do sieci elektroenergetycznej (odbiór elektrowni, stacji ładowania samochodów itp.). Wszystkim steruje specjalne oprogramowanie do zarządzania przepływem energii.
Akumulatory litowo-jonowe jako magazyny energii
Baterie litowo-jonowe to najbardziej rozreklamowany rodzaj magazynowania energii i jest uważany za jedno z najbardziej wydajnych.
- Plusy: niemal natychmiastowe uwalnianie nagromadzonej energii do sieci.
- Minusy: cena, degradacja, brak metod utylizacji.
Tesla produkuje zarówno domowe, jak i przemysłowe baterie litowo-jonowe. Ich wydajność w idealnych warunkach jest w przybliżeniu taka sama. Ale idealne warunki są rzadkie. Wydajność falownika Tesla, domowego akumulatora, wynosi 90%.Ten wskaźnik jest odpowiedni dla zamkniętego cyklu ładowania / rozładowywania akumulatora: prąd zmienny do akumulatora i z powrotem do prądu przemiennego. Wskaźniki sprawności przemysłowego systemu akumulatorów Tesla Powerpack wynoszą około 88 – 89%. Jeśli pojemność jednego Powerpacka wynosi 210 kWh, to 186-187 kWh będzie dostępne do użytku po jednym cyklu przechowywania. Dzieje się tak pomimo faktu, że bateria jest nowa i pracuje w optymalnej temperaturze.
Systemy przechowywania są oceniane na 25°C – zbyt wysoka lub zbyt niska temperatura obniży wydajność baterii litowo-jonowej, chociaż karta katalogowa mówi, że mogą działać w temperaturze od -25°C do +50°C. Badania pokazują, że jeśli akumulator jest w pełni naładowany przez (krótki) czas w temperaturze otoczenia 40˚C, to jego pojemność (zdolność do magazynowania energii) zmniejszy się o 35% w ciągu roku, nawet jeśli jest on wtedy mało używany. Głównym problemem systemów litowo-jonowych jest degradacja (utrata pojemności).
Stopień degradacji zależy od intensywności użytkowania akumulatora, tzn. jak często pracował przy obciążeniach szczytowych, jak często był rozładowywany do zera. Ale średnio po dziesięciu latach pojemność akumulatorów spada do poziomów nieopłacalnych ekonomicznie (dotyczy to obiektów przemysłowych), 50 – 70% deklarowanej dla nowych akumulatorów, ponieważ mniejsza pojemność oznacza mniejszą wydajność. Degradacja stwarza kolejny problem z akumulatorami litowo-jonowymi – ich utylizację. Oprócz litowo-jonowych istnieją baterie na bazie innych metali. Ale ich wydajność jest nieco niższa. Jak również koszt.
Pompownie wody a magazyny energii elektrycznej
Energia może być magazynowana w wodzie pompowanej na wyższe wysokości za pomocą metod magazynowania pompowanego lub poprzez przenoszenie ciał stałych w wyższe miejsca (baterie grawitacyjne). Na całym świecie elektrownia szczytowo-pompowa jest największą formą sieciowego magazynowania energii czynnej. Jej efektywność energetyczna waha się w praktyce od 70% do 80%, przy wymaganiach do 87%.
Sprężone powietrze a magazyn energii elektrycznej
Magazyn sprężonego powietrza wykorzystuje nadmiar energii do sprężania powietrza w celu wytworzenia energii elektrycznej. Systemy na małą skalę są od dawna stosowane np. do uruchamiania lokomotyw kopalnianych. Sprężone powietrze jest magazynowane w podziemnym zbiorniku, jak kopuła solna. Systemy magazynowania sprężonego powietrza mogą wypełnić lukę między produkcją a zmiennością obciążenia. Magazynowanie energii za pomocą sprężonego powietrza uwzględnia potrzeby energetyczne odbiorców, skutecznie zapewniając dostępną energię w celu zaspokojenia zapotrzebowania.
W rezultacie dodanie innych form energii jest konieczne, aby zaspokoić zapotrzebowanie na energię w okresach ograniczonej dostępności zasobów. Magazyny sprężonego powietrza mają możliwość przekazania nadwyżki energii elektrycznej do odnawialnych źródeł energii w sytuacji nadprodukcji energii. Ta zmagazynowana energia może być wykorzystana w późniejszym czasie, gdy wzrośnie zapotrzebowanie na energię elektryczną lub zmniejszy się dostępność zasobów energetycznych.
