Autor: d.szelkowski

Magazyny energii na świecie

Produkcja zielonej energii na dużą skalę ma swoje plusy i minusy. Dążymy do tego, by jak najefektywniej wykorzystać możliwości energii ze słońca. Trzeba jednak pamiętać o tym, że produkcja odbywa się tylko w ciągu dnia. Nadmiar wytworzonej energii przekazujemy do sieci. Problemem staje się późniejszy odbiór energii z sieci elektroenergetycznej. Dlatego jedynym skutecznym rozwiązaniem jest budowa dużych magazynów energii, które będą odbierać i przechowywać energię produkowaną z fotowoltaiki i zasilać w razie potrzeby sieć elektroenergetyczną.

Największy magazyn energii na świecie w Kalifornii

Na początku 2021 roku uruchomiono największy magazyn energii na świecie, znajdujący się w Kalifornii. Jest to drugi taki projekt zbudowany w tym stanie. Bateryjny magazyn energii powstał w Moss Landing w Monterey County, w stanie Kalifornia. Obiekt o łącznej pojemności 1200 MWh i mocy 300 MW jest 4,8 razy większy od dotychczasowego największego magazynu energii, liczącego 250 MW/250 MWh, podłączonego przez dewelopera LS Power, funkcjonującego również w tym stanie. Dostawcą baterii jest Koncern Tesla, który wprowadził w 2020 roku na rynek magazyny Megapack o pojemności 3 MW.

Inwestorem przedsięwzięcia jest koncern energetyczny Vistra, notowany na nowojorskiej giełdzie. Koncern zapowiada dalsze inwestycje, które zakończą się w sierpniu 2021 roku. W drugim etapie jednostka zostanie rozbudowana o kolejne 100 MW/400 MWh. Dzięki temu cały obiekt będzie mógł pracować z mocą 400 MW w czasie do 4 godzin. Magazyn w Loss Landing został objęty kontraktami na usługi wspierania sieci elektroenergetycznej należącej do Pacific Gas and Electric Company (PG&E).

Wielki magazyn energii w południowej Australii

Największy magazyn w Australii oraz drugi co do wielkości na świecie, zlokalizowany jest w południowej części tego kraju. Hornsdale Power Reserve został uruchomiony w 2017 roku przez koncerny Tesla i Neoen. Obiekt początkowo liczył 100 MW/129 MWh. W 2020 roku został rozbudowany o kolejne jednostki do mocy 50 MW i pojemności 64,5 MWh. Wartość inwestycji wyniosła 66 mln dolarów. Wielka farma OZE i powerbanki rozwiązały problem częstych niedoborów energii i jej dostaw do firm oraz gospodarstw domowych w tym regionie. Zapewniają one również setkom tysięcy mieszkańców Australii energię elektryczną.

Należy tutaj podkreślić, iż sama inwestycja przynosi właścicielowi ogromne zyski. W ciągu pierwszych 6 miesięcy odnotowano przychód w wysokości 17 milionów dolarów.

Sam magazyn jest na tyle elastyczny, że może szybko zmienić swoją funkcję z produkcji i magazynowania energii, na wysyłanie jej bezpośrednio do sieci energetycznej kraju, co jest szczególnie przydatne w okresach braków. Kiedy jest małe zapotrzebowanie na energię, to wyprodukowane nadwyżki są przechowywane w magazynach energii i w razie zwiększonego poboru, są oddawane do sieci.

Innowacyjne rozwiązanie w Wielkiej Brytanii

W Manchesterze powstaje innowacyjny magazyn energii,  gromadzący energię w skroplonym powietrzu w technologii tzw. Liguid Air Energy Storage (LAES). Instalacja ma na celu przechowywanie energii w dłuższych okresach i w ilościach, przekraczających możliwości konwencjonalnego bateryjnego systemu magazynowania energii.

Za realizacje jest odpowiedzialna brytyjska firma Highview Power, która jest również autorem innowacyjnego rozwiązania gromadzenia energii w postaci skroplonego powietrza w magazynach zwanych CRYOBattery.

Metoda LAES polega na schładzaniu powietrza do temperatury –200oC, gromadzi się je w postaci skroplin i w razie potrzeby zamienia w gaz napędzający turbiny. Jak zapewnia sam producent, kriogeniczna technologia jest tańsza niż konwencjonalne bateryjne przechowywanie energii, oparte o ogniwa litowo-jonowe. Zaletą LAES jest również jej żywotność. Konstruktor przewiduje, że taki magazyn energii może pracować 30-40 lat, czyli trzykrotnie dłużej, niż w przypadku konwencjonalnych instalacji magazynowych, w których średni czas funkcjonowania wynosi ok. 10 lat.

Co do wydajności samego systemu LAES, to tutaj niestety przodują magazyny energii oparte o technologie litowo-jonowe. W LAES szacuje się sprawność na poziomie 60-75%, gdzie baterie litowo-jonowe osiągają efektywność ładowania i rozładowywania na poziomie 75-85%.

Pierwszą na świecie pilotażową instalację opartą o technologię LAES firma Highview Power uruchomiła w 2019 roku. Obiekt zlokalizowany jest w mieście Bury koło Manchesteru. Jego moc wynosi 5 MW, a pojemność 15 MW. Stworzenie tak innowacyjnego projektu bazowało na wieloletnich testach na obiekcie badawczym o parametrach 350 kW/2,5 MWh.

Nowy magazyn energii w technologii LAES będzie miał wielkość 50 MW/250 MWh, a zakończenie budowy planowane jest w 2022 roku. Jak przewiduje Highview Power, instalacja w Manchesterze będzie w stanie zgromadzić energię potrzebną do zasilania około 200 tys. gospodarstw domowych w czasie 5 godzin. Sam magazyn ma przechowywać energię przez wiele tygodni.

Koszt inwestycji to kwota 85 mln funtów, w tym 10 mln funtów, jako grant przeznaczył brytyjski rząd oraz 46 mln dolarów zainwestował  japoński gigant, grupa Sumitomo Heavy Industries (SHI).

Obecnie brytyjski koncern Highview Power planuje również taką inwestycję w USA w stanie Vermont.

Dlaczego magazyny energii cieszą się coraz większą popularnością?

Rynek magazynów energii rozwija się obecnie coraz dynamiczniej. Obecnie jednym z największych potentatów w Europie, jeżeli chodzi o urządzenia do przechowywania energii, są Niemcy. Zajmują aż 2/3 europejskiego rynku domowych magazynów energii. Wynika to m.in. z atrakcyjnego systemu dopłat w ich kraju.

Ponadto nasi zachodni sąsiedzi, którzy są daleko przed nami w energetyce odnawialnej, gdzie intensywny rozwój energetyki odnawialnej trwa od kilku lat, obecnie chętnie inwestują w systemy magazynów energii we własnych domach. Nasuwa się zatem pytanie, czy niedługo w Polsce magazyny energii również zyskają na popularności?

Do czego służą magazyny energii?

Zadaniem magazynu energii jest gromadzenie nadwyżek energii wyprodukowanej z odnawialnych źródeł oraz oddawanie ich, kiedy są potrzebne, czyli w okresach niedoboru.

Jednym z największych wyzwań sieci energetycznej, pracującej w systemie prosumenckim, jest niedopasowanie do zużycia energii. Polega to na tym, iż gospodarstwa domowe, będące producentami energii (prosumentami), oddają ją bezpośrednio do sieci, i w szczytowym momencie produkcji powodują ogromne obciążenia sieci. Przy dużej liczbie rozproszonych producentów OZE sieć podlega stałym przeciążeniom i cały układ może stać się niewydolny. Pojawia się wtedy sytuacja, że mamy duże nadwyżki energii, ale nie możemy jej ani odebrać, ani przesłać dalej.  

W Polsce udział instalacji OZE w produkcji energii stanowi kilkanaście procent, dla porównania, w Niemczech aż 50% produkowanej energii pochodzi ze źródeł OZE. Z tego powodu u naszych sąsiadów, problem z niedrożnym systemem przesyłu i odbioru zielonej energii pojawił się już kilka lat temu.

Zarówno duże, jak i przydomowe magazyny energii, mają za zadanie buforowanie wyprodukowanej zielonej energii i wysyłanie jej do sieci w okresie niedoboru lub braku, co znacznie odciąża cały system i pozwala mu stabilnie pracować.

Z tego względu magazyny energii stają się dziś koniecznością.

Zalety domowych magazynów energii

Do głównych zalet domowych magazynów energii możemy zaliczyć:

  • Przechowywanie energii na własny użytek

Domowy magazyn energii pozwala na większą niezależność energetyczną. Jak wynika z obserwacji, najwięcej z energii elektrycznej korzystamy wieczorem i nad ranem. W ciągu dnia pobór energii jest na ogół najmniejszy. Panele fotowoltaiczne natomiast produkują energię w dzień, a jej niewykorzystane nadwyżki są bezpośrednio magazynowane w buforze energetycznym (domowym magazynie). Następnie zmagazynowana energia jest oddawana w porze wzmożonego poboru energii, czyli wieczorem, w nocy, i o poranku.

  •   Stabilność energetyczna

Atutem posiadania domowego magazynu energii jest uniezależnienie się od nagłych wzrostów i spadków obciążenia w sieci energetycznej, które są dość powszechnym zjawiskiem. Ponadto w razie awarii mamy własne zasilanie energetyczne. Ten fakt jest szczególnie ważny dla zakładów produkcyjnych, gdzie przestoje wynikające z braku zasilania w prąd bardzo dużo kosztują firmę.

  • Zyski finansowe

Mając własne nadwyżki energii, możemy je przechowywać i wykorzystać w okresach niedoboru energii, a tym samym uniezależnić się od operatora energetycznego. Nadprodukcja energii i jej magazynowanie staje się opłacalne, ze względu na jej dalszą odsprzedaż, chociaż w naszym kraju, taka opcja jeszcze nie jest praktykowana. Niemniej jednak, w przyszłości, kiedy rozproszony rynek energii się rozwinie, będzie można sprzedać część wytworzonej energii np. sąsiadowi. Obecnie w Niemczech powstają wirtualne banki energii, które umożliwiają tzw. indywidualny handel energią elektryczną pomiędzy użytkownikami. O tym w dalszej części artykułu.

  • Wsparcie ochrony środowiska

Gdy tworzymy cały system produkcji i przepływu energii odnawialnej w naszym domu, to jednocześnie przyczyniamy się do zmniejszenia udziału konwencjonalnych źródeł energii, a tym samym emisji CO2. Ten aspekt jest szczególnie ważny dla dobra naszej planety i przyszłych pokoleń.

Wirtualne magazyny energii

Wirtualne magazyny energii zdobywają coraz większą popularność w niemieckich gospodarstwach domowych, a to za sprawą firmy Sonnen. Jest to niemiecki producent akumulatorów i baterii m.in. dla fotowoltaiki, autor systemu sterowania i  zarządzania energią w domu, pozwalającym na tworzenie tzw. wirtualnego banku energii. W sierpniu 2019 roku w samych Niemczech Sonnen zainstalował tę technologię w 40 tys. gospodarstw domowych, z łączną pojemnością akumulatorów 400 MWh.

Sama metoda zarządzania i magazynowania przez wirtualny bank energii jest dość prosta. Polega ona na wymianie energii między gospodarstwami domowymi, co pozwala na koordynowanie i zbilansowanie potrzeb zużycia energii. Klienci (gospodarstwa domowe) mogą wymieniać się wirtualnie energią, której mają nadwyżki i w danym momencie nie potrzebują jej w swoim domu.

Wyprodukowane nadwyżki więc nie płyną anonimowo do sieci elektroenergetycznej, ale do tzw. wirtualnego banku energii lub wirtualnej puli energii słonecznej. Wszyscy członkowie społeczności mają założone wirtualne konta i oddają wyprodukowaną energię pod swoim loginem, również w okresie niedoboru pobierają tę energię z tego wirtualnego magazynu. Idea całego systemu zakłada możliwość bezpośredniego i łatwego dzielenia się energią  między użytkownikami.