Po co nam magazyny energii?

Po co nam magazyny energii?

O magazynowaniu energii zwykle mówi się w kontekście pełnego wykorzystania energii ze źródeł odnawialnych, które dostarczają prąd nie tylko wtedy, gdy go potrzebujemy. Jednak z punktu widzenia firm energetycznych to tylko jeden i niekoniecznie najważniejszy powód ich rozwoju.

Magazyny energii w polskim systemie energetycznym są niemal tak długo, jak długo istnieje sam system. Najstarsze opierają się na energii potencjalnej wody, a więc magazynowaniu płynącej wody przed zaporą lub przepompowywaniu jej z dolnego do górnego zbiornika. Następnie spuszczana na turbiny woda generuje energię elektryczną dokładnie wtedy, gdy tego potrzebujemy.

Duże magazyny

Moc samych elektrowni szczytowo-pompowych (ESP) w Polsce wynosi niemal 1800 MW. Teoretycznie każdego dnia mogłyby one dostarczać taką moc do systemu przez kilka godzin (zwykle od trzech do pięciu, w zależności od warunków hydrologicznych). W praktyce są wykorzystywane znacznie rzadziej i z mniejszą mocą maksymalną. W 2015 roku dostarczyły do systemu ok. 600 GWh (pobierając uprzednio 900 GWh), przede wszystkim w momentach szybkich skoków zapotrzebowania lub produkcji, służąc stabilizacji częstotliwości w sieciach przesyłowych. Wskaźnik wykorzystania ich mocy wyniósł zaledwie 5%. Teoretycznie mógłby być kilkukrotnie większy.

ESP  w Polsce przede wszystkim pomagają operatorowi systemu przesyłowego w regulacji częstotliwości, częściowo także napięcia i mocy biernej w systemie. Pracują zwykle wieczorami, gdy bardzo szybko rośnie zapotrzebowanie na moc odbiorców (a dzieje się to w coraz mniej przewidywalny sposób). Służą także jako rezerwa do tzw. odbudowy systemu energetycznego w sytuacji blackoutu. Dlatego nigdy jako magazyny nie są „rozładowywane” do końca.

Magazyny energii mogą posłużyć do stabilizacji częstotliwości w sieciach elektroenergetycznych

To już kilka zadań stawianych przed tymi magazynami i żaden z nich nie jest bezpośrednio związany z odnawialnymi źródłami energii. Takie usługi ESP świadczą bowiem od kilkudziesięciu lat, a więc od epoki, gdy w Polsce nie było właściwie żadnej turbiny wiatrowej i paneli słonecznych.

Średnie magazyny

Dopiero od niedawna przed magazynami postawiono kolejne zadanie ─ bilansowania produkcji energii z niesterowalnych źródeł odnawialnych ze zmiennym zużyciem energii przez odbiorców. Przy tym przynajmniej częściowo zadania te mają być realizowane lokalnie. Ogromne elektrownie szczytowo-pompowe nie spełniają tego ostatniego warunku.

Zobacz także: Magazyny energii na pomoc sieci

Stąd w ostatnich latach na potęgę rozwijane są inne technologie magazynowania. Na poziomie sieci dystrybucyjnych budowane są np. magazyny sprężonego powietrza (w Polsce jeszcze nie są wykorzystywane) i instalacje wykorzystujące energię elektryczną do produkcji, zużywanego następnie w ogniwach paliwowych lub dostarczanego do sieci gazowej wodoru (takie rozwiązanie mają wspólnie testować PGE i Gaz-System).

Tego typu instalacje mogą mieć moc od kilku do kilkudziesięciu megawatów i są w stanie dostarczać energię z tą mocą od kilkudziesięciu minut do kilku godzin dziennie. Nadają się przede wszystkim do chwilowego bilansowania zmiennej produkcji z farm wiatrowych, ale w większej skali mogą też służyć do bilansowania mocy w cyklach dobowych.

Małe magazyny

W mniejszej, gminnej skali, potencjalnie najlepszymi magazynami energii mogą być biogazownie, magazynujące metan, które także mogą bilansować lokalne zużycie energii w cyklach kilkunastominutowych lub dobowych z mocą do ok. 2 MW w pojedynczej instalacji. Tam, gdzie pozwalają na to warunki, lokalne sieci wspierać mogą także elektrownie wodne ze zbiornikami.

Aby magazyny energii (np. w samochodach elektrycznych) wspierały, zamiast destabilizować pracę systemu, potrzebny jest system inteligentneg sterowania nimi

Podobną rolę w wielu miastach mogą pełnić magazyny ciepłej wody, pozwalającej na produkcję energii w elektrociepłowniach wówczas, gdy popyt na ogrzewanie jest mniejszy. Jak wylicza dr Ireneusz Pyc z Siemensa, do tej pory w Niemczech zainwestowano w segment magazynowania ciepła już blisko 400 mln euro, a w ciągu kilku kolejnych lat planowane są już inwestycje o wartości 1 mld euro. U naszych sąsiadów rozwijają się już także systemy integrujące elektrociepłownie z magazynami ciepła, pompami ciepła oraz instalacjami wykorzystującymi niskotemperaturowe źródła ciepła do produkcji prądu (instalacje ORC). W ten sposób np. ciepło zmagazynowane latem pod ziemią może służyć do produkcji energii elektrycznej zimą.

Od niedawna w skali „gminnych” magazynów energii rozwijane są także akumulatory chemiczne. Od kilku miesięcy taki magazyn o mocy 0,75 MW i pojemności 1,5 MWh w powiecie puckim testuje Energa Operator. Dostarczone przez polskiego Qumaka dwa kontenery z bateriami litowo-jonowymi są elementem lokalnego obszaru bilansowania połączonego z lokalną biogazownią, instalacją fotowoltaiczną i tysiącami odbiorców. Jednym z celów projektu realizowanego na Półwyspie Helskim i w okolicach Pucka jest ograniczenie przerw w dostawach energii, poprawa jakości tych dostaw (m.in. mniejsze wahania napięcia) i zmniejszenie strat sieciowych.

Tej wielkości magazyny mają tym istotniejsze znaczenie, że ─ jak wylicza Energa Operator ─ już 37% mocy zainstalowanej w Polskim systemie energetycznym przyłączona jest do sieci dystrybucyjnej. Liczba i moc rozproszonych źródeł energii nadal będą rosnąć.

Mikromagazyny

Dopiero w tym miejscu dochodzimy do rzeczywistego magazynowania energii ze źródeł odnawialnych w celu jej zużycia w innym czasie. Osławiony już Powerwall Tesli i niekiedy już bardziej efektywne baterie konkurentów mają służyć bilansowaniu produkcji energii ─ przede wszystkim z fotowoltaiki (w ciągu dnia) z jej zużyciem przez gospodarstwo domowe (przede wszystkim rano i wieczorem). W tym wypadku mówimy zwykle o mocach 3-7 kW i pojemności 5-20 kWh.

Ten sposób magazynowania ma nad innymi rozwiązaniami kluczową przewagę. Chociaż zwykle jest znacznie droższy od wielkoskalowych rozwiązań, pozwala na uniknięcie zakupu energii z sieci po wysokich kosztach ─ w Polsce to ok. 600 zł/MWh w przypadku gospodarstwa domowego przy koszcie zmiennym produkcji energii ze słońca bliskim zeru.

Dla porównania duże instalacje ─ jak elektrownie szczytowo-pompowe ─ kupują energię potrzebną do przepompowywania wody za ok. 100-120 zł/MWh i dostarczają ją na rynek po ok. 170-200 zł/MWh, a jedynie wyjątkowo (choć coraz częściej) zdarza się, że te ceny rosną do 500-1000 zł/MWh. To diametralnie zmienia porównanie ekonomiki pracy obu rodzajów magazynów.

Magazyny szyte na miarę

W systemie elektroenergetycznym, a w coraz większym stopniu także systemach ciepłowniczych, gazowniczych i transporcie, potrzebne są magazyny służące wielu różnym celom ─ od sekundowych zmian potrzebnych do kontroli częstotliwości, przez bilansowanie w trybie dobowym na potrzeby odbiorców i OZE, po magazynowanie ciepłej wody w cyklach tygodniowych i miesięcznych, w celu wyrównywania pracy elektrociepłowni i dostarczania energii elektrycznej i cieplnej dokładnie wtedy, gdy potrzebują jej odbiorcy.

{related}─ Wiele będzie zależeć od skali i geograficznego położenia OZE. Im mniejsze i bardziej rozrzucone instalacje OZE, tym bardziej potrzebne będą małe magazyny, będące albo elementem samych instalacji [tego typu instalacje hybrydowe w przyszłości chce promować Ministerstwo Energii ─ red.], albo co najmniej elementem lokalnego bilansowania (takie rozwiązania testują już polskie spółki energetyczne]) ─ tłumaczy Rafał Płatek z ABB.

Jak tłumaczy nasz rozmówca, w przypadku dużych instalacji OZE pojawia się jeszcze jeden problem, który magazyny mogą rozwiązać  ─ przepustowości sieci. Instalacje fotowoltaiczne i farmy wiatrowe produkują energię z pełną mocą jedynie kilkadziesiąt  godzin w roku. W tej sytuacji rozbudowę sieci pod taką przepustowość zastąpić mogą tańsze w budowie i eksploatacji magazyny energii. Magazyny mogą także pomagać w zarządzaniu rozpływami energii w sieciach w sytuacji trudnych warunków (np. wysokiej temperatury zmniejszającej możliwości przesyłowe linii), czy usuwania awarii.

O rozwoju zdecydują rynek i regulacje

W ocenie Rafała Płatka rozwój konkretnych technologii magazynowania będzie zależał w dużej mierze od regulacji. Zwłaszcza w zakresie usług świadczonych na rzecz całego systemu energetycznego, a nie pojedynczych odbiorców energii, gdzie większą rolą może odgrywał rynek.

─ Przykład Kalifornii pokazuje, że gdy wprowadzono dodatkowe opłaty za szybkość reakcji źródła, to pojawił się argument ekonomiczny do inwestowania w magazyny oparte na bateriach akumulatorów. Zatem to regulacje będą decydowały, jakie technologie magazynowania są potrzebne. Czy chodzi o interwencyjne źródła energii, takie jak generatory gazowe z magazynem gazu, które potrafią zareagować w systemie w stosunkowo szybkim czasie, czy może mechanizm będzie wynagradzać bardzo szybką reakcję i wtedy magazyny w oparciu o np. baterie litowo-jonowe okażą się optymalnym rozwiązaniem – ocenia Płatek. 

Zobacz także...

Komentarze

6 odpowiedzi na “Po co nam magazyny energii?”

  1. ESP.
    „W 2015 roku dostarczyły do systemu ok. 600 GWh (pobierając uprzednio 900 GWh), przede wszystkim w momentach szybkich skoków zapotrzebowania lub produkcji, służąc stabilizacji częstotliwości w sieciach przesyłowych. Wskaźnik wykorzystania ich mocy wyniósł zaledwie 5%. Teoretycznie mógłby być kilkukrotnie większy.”

    Dlaczego nie jest ? Dlaczego tylko 5% ?

    • [quote name=”TTTT”]ESP.
      „W 2015 roku dostarczyły do systemu ok. 600 GWh (pobierając uprzednio 900 GWh), przede wszystkim w momentach szybkich skoków zapotrzebowania lub produkcji, służąc stabilizacji częstotliwości w sieciach przesyłowych. Wskaźnik wykorzystania ich mocy wyniósł zaledwie 5%. Teoretycznie mógłby być kilkukrotnie większy.”

      Dlaczego nie jest ? Dlaczego tylko 5% ?[/quote]

      ciśnie sie na usta tylko jeden komentarz: gów** chłopu nie zegarek.

  2. Przykro czyta się artykuły, w których roi się od błędów ortograficznych. Proszę WSZYSTKICH piszących o powrót do przyzwoitego poziomu. Zwracam uwagę, że nie należy ślepo wierzyć „podpowiadaczom” zainstalowanym w różnych edytorach tekstu, podobnie, jak nie należy wierzyć bezgranicznie systemom nawigacji samochodowej.
    Korzystając z okazji życzę wszystkim Czytelnikom oraz Autorom spokojnych, zdrowych i rodzinnych Świąt Bożego Narodzenia.

    • Bardzo dziękujemy za zwrócenie uwagi,wyłapaliśmy trzy błędy ortograficzne, może nie jest to rój, ale na maturze (przynajmniej tej którą my zdawaliśmy)byłaby pała 🙂
      Dziękujemy także za życzenia i nawzajem życzymy Wesołych i Energetycznych Świąt.

  3. Motto: Czas i konkurencyjność w energetyce. /skopiuj do Notatnika/ Rysunek:

    Przesłanka: Gaz i baterie.

    Model 1: e/t-generator + g-magazyn == e/t-wspólnota + e/t-infrastruktura

    Model 2: e-panele….. + e-magazyn == e/t-dom,firma + 2 x e/t-automobil

    Drugi model jest księżycowy. Należy wykazać, że e-panele z powodu bariery fizycznej nigdy nie osiągną efektu energetycznego w ilości wystarczającej dla potrzeb elektryczności i ciepła/chłodu (temperatury) w gospodarstwie domowym oraz dla dwóch elektrycznych samochodów z komfortem ciepła/chłodu. W modelu księżycowym najlepsze rozwiązania zostaną zamówione pro futuro w ewolucji kosmicznej. Zysk już z nich będzie na Ziemi. To więcej to będzie ta nowość modelu biznesowego.

    W tej idei i miary w energetyce z magazynami energii i bateriami historia na Ziemi bez zmian – konkurencja komunalności i indywidualności, ale jak będzie w kosmosie, gdy Elon Musk utworzy prywatny, globalny, internetowy, fundusz ewolucji marsjańskiej[*]? Ile Elonowi Muskowi brakuje do przekroczenia energetycznego efektu wydajności, który, jak przeskoczy, to wiele osób, jego klientów, pokaże „gest Kozakiewicza” [Wikipedia, Googe]?

    I dalej, w tej idei i miary, Elon Musk dąży do tego, aby posiadać własną globalną domenę klientów=kreatorów ze wzrokiem wpatrzonym w niebo nie tylko z powodu pogody. Kojarzenie Powerwall Tesli z energetyką to chwilowy zbieg okoliczności. Przypadek [biznesowy, przedsiębiorczy, On by to robił i bez ocieplenia klimatu]. Nawigacja e-automobilu również będzie potrzebna, gdy Elon Musk będzie wysyła satelity księżycowe i marsjańskie. Nie mniej i nie więcej, prawda czy fałsz?

    [*] – Motto: Mars – pokusa idei i muskanie miary. Więcej tu: http://wysokienapiecie.pl/energetyka-konwencjonalna/1956-chaos-na-rynku-wegla

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Patronat honorowy

Nasi partnerzy

PGEPG SilesiaPSE

Zamów Obserwator Legislacji Energetycznej

Tutaj możesz to wprowadzić