Nie ulega wątpliwości, że magazynowanie energii zapewnia niezbędną elastyczność i balans w sieci zasilającej, gwarantując tym samym wsparcie niestabilnych źródeł odnawialnych. W efekcie poza poprawą efektywności sieci dystrybucji usprawniamy zarządzanie siecią, przy równoczesnej redukcji kosztów. Warunkiem sukcesu jest w tym zakresie radykalna transformacja sieci dystrybucji, poprzez nadanie jej nowoczesnej, dostosowanej do nowych potrzeb struktury, której głównymi komponentami będą zarówno systemy magazynowania energii, jak i rozproszone źródła jej wytwarzania. Dzięki integracji stworzą one inteligentną sieć – Smart Grid. Tak skonstruowany system zapewni niezawodność, wydajność i bezpieczeństwo.
System przesyłowy a magazyny energii
Dotychczas funkcjonujące tradycyjne sieci elektroenergetyczne charakteryzuje złożona struktura, wysokie koszty inwestycyjne oraz rosnąca presja efektywności, przez co rozumieć należy także większą liczbę usług, dostępnych za ich pośrednictwem. W tym przypadku barierę stanowi technologia, a konkretnie rzecz biorąc przepływ energii w czasie rzeczywistym, pomiędzy generatorami wytwarzającymi a końcowymi odbiorcami w warunkach zapewnienia ciągłości dostaw i stabilizacji systemu.
Możliwości magazynowania energii poza uwarunkowaniami natury technicznej, wymagają dostosowania ładu regulacyjnego, by zdyskontować ekonomicznie przebudowę sieci i rynku energii. Wdrażanie zaawansowanych technologii, narzędzi i technik aktywnego zarządzania systemem, to warunek uzyskania celu. Jest nim energia tania i czysta, a także elastyczna oraz wydajna sieć.
Przeczytaj także:
- Magazyny energii to wyzwanie i szansa dla zielonej transformacji
- Wyzwania dla Krajowego Systemu Elektroenergetycznego wynikające z transformacji energetycznej
- Czy energetyka z odnawialnych źródeł skorzysta na odejściu od rosyjskiego gazu?
- Zielona energia w magazynie
Systemy magazynowania mogą również spełnić funkcję integratorów odnawialnych źródeł energii. Dotyczy to zwłaszcza obszarów oddalonych, słabo zurbanizowanych i trudno dostępnych, gdzie w ramach autonomicznych mikro sieci, uzyskamy obniżenie kosztów przesyłu i niezależność od głównych źródeł zasilania. Rozwiązania technologiczne już dzisiaj tworzą szeroką gamę możliwości – od baterii, magazynów sprężonego powietrza, nadprzewodnikowych magazynów magnetycznych – po koła zamachowe. Ich komplementarne zastosowanie pozwala na nowo zdefiniować, nie tylko projektowanie rozwoju mocy wytwórczych, a w tym stacji elektroenergetycznych – zapewniających obsługę energii niezbędnej do zaspokojenia przyszłego zapotrzebowania oraz linii przesyłowych.
Planując wdrożenie konkretnych rozwiązań w ramach magazynowania energii do systemu dystrybucji, należy uwzględnić bieżącą wartość netto magazynów energii, koszty ich utrzymania, koszty przerw w dostawach, w tym opłaty z tytułu utraty energii jako elementów koniecznych do oceny wykonalności inwestycji. Bez tego nie będzie możliwe zintegrowanie zasobów zmiennej energii odnawialnej z siecią główną. W przypadku braków odpowiedniej liczby jednostek rozproszonego generowania energii, magazyny poza stymulowaniem ich rozwoju, pozwolą oddzielić i zamortyzować dysproporcje pomiędzy bieżącym zapotrzebowaniem na energię, a jej podażą.
Magazyny energii, to także możliwość usprawnienia innych ogniw w łańcuchu wartości energii elektrycznej, przez zmniejszenie potrzeb bieżącej produkcji w ramach cykli podstawowych obciążeń i zwiększenia średnich mocy wytwórczych. Gromadzenie energii poprawiając ogólną wydajność systemu dystrybucji, pozwoli ograniczyć koszty eksploatacji jednostek uruchamianych w okresie szczytowego zapotrzebowania, eliminować zakłócenia częstotliwości i napięcia sieciowego, co nie tylko zredukuje przeciążenia sieci, ale zwiększy jej niezawodność i bezpieczeństwo.
Równowaga w energetyce rozproszonej
Magazyny energii jako modyfikatory równowagi systemu w warunkach zmniejszonej podaży energii z turbin wiatrowych lub ogniw fotowoltaicznych, zapewnią jego większą elastyczność. Ze względu na porę dnia, czy siłę wiatru ma to kluczowe znaczenie dla ciągłości dostaw na poziomie gwarantującym zaspokojenie potrzeb końcowego użytkownika. W przypadku tradycyjnych generatorów energii ze źródeł konwencjonalnych mamy do czynienia z większymi obciążeniami, wynikającymi z technicznych wymogów rampowania, bez względu na to, czy nośnikiem jest węgiel brunatny, kamienny, czy gaz ziemny.
Magazynowanie energii to perspektywa wzrostu efektywności elektrycznie zasilanych systemów ogrzewania i chłodzenia, rozwój infrastruktury ładowania pojazdów napędzanych elektrycznie, obniżanie emisji zanieczyszczeń, strat ciepła i zwiększenie efektywności przy neutralnym oddziaływaniu na środowisko.
Dla odbiorców przemysłowych magazyny otwierają perspektywę obniżania zużycia energii w godzinach szczytu oraz zapewnienie ciągłości produkcji w przypadku awarii sieci. W przypadku gospodarstw domowych możliwość gromadzenia energii poza godzinami szczytu otwiera drogę do jej racjonalnego wykorzystywania i premiowania oszczędnego zużycia, dzięki systemowi ulg i zachęt taryfowych.
W dalszej perspektywie nie należy wykluczać gospodarki współdzielenia w tym obszarze i stopniowego uniezależnienia od źródeł zewnętrznych, w miarę jak rośnie wydajność technologii fotowoltaicznych. Dzisiaj bowiem, jakże często ci, którzy zainwestowali w fotowoltaikę, mają kłopot z jej efektywnym wykorzystaniem. Wynika to z braku możliwości wpięcia do sieci.
W efekcie niezagospodarowanie powstałych nadwyżek jest niczym innym jak tylko marnotrawstwem. Ten model magazynowania prosumenckiego wydaje się nieco pomijany na poziomie ośrodków badawczo-rozwojowych, zarówno w aspekcie debaty, technologicznym, jak eksploracji. Odwrotnie niż w przypadku dużych sieci, które nie zapewnią dostępu do energii elektrycznej wszędzie tam, gdzie ukształtowanie terenu, brak infrastruktury, czy wysokie koszty jej rozbudowy, na porządku stawiają kwestię źródeł rozproszonych. Są one neutralne środowiskowo, a z racji zmiennego z natury rzeczy potencjału mocy, wymagają odpowiedniego zasobu magazynów energii, wpiętych w lokalny system zasilania.
Mówimy przy tym cały czas o prądzie zmiennym, podczas gdy stopniowo rozwija się zapotrzebowanie na niego stałą odmianę, jak ma to miejsce w zasilaniu wszelkiego rodzaju przekaźników. W tym przypadku nadal istotną barierę stanowi nie sama technologia, ale koszt jej instalacji. W efekcie rynek źródeł energii rozwija się dynamicznie, natomiast zagospodarowanie nadwyżek pozostawia wiele do życzenia.
Porządkowanie rynku sieci stałoprądowej byłoby o tyle łatwiejsze, że z racji efektu skali poszczególni operatorzy sieci trakcyjnych (w przypadku trolejbusów i tramwajów – samorządy, a w odniesieniu do trakcji kolejowej – spółki Skarbu Państwa), stosunkowo szybko uzyskają mierzalny efekt ekonomiczny. Starania w tym kierunku w oparciu na rodzimych rozwiązaniach technologicznych z zakresu baterii litowo-jonowych, podjął samorząd w Gdyni.
W perspektywie mobilnymi magazynami energii staną się także użytkowane na coraz większą skalę samochody z napędem hybrydowym. Proces ten będzie postępować w miarę, jak restrykcyjne normy środowiskowe podniosą koszty eksploatacji samochodów z silnikami spalinowymi bądź wyeliminują je z użytkowania w aglomeracjach. To jednak nadal dość odległa perspektywa.
W odniesieniu do dużych sieci elektroenergetycznych istotnym czynnikiem przyspieszenia budowy sieci magazynów energii może się okazać kolej jako czołowy odbiorca energii elektrycznej. Kolej plasuje się pomiędzy drugim a trzecim miejscem, wśród największych jej konsumentów. Dzisiaj zresztą obserwujemy znaczącą dynamikę sprzedaży w branży przewozów pasażerskich w związku z odczuwalnym wzrostem cen benzyny i oleju napędowego. Aspekt ekologiczny, wobec rosnącej świadomości społecznej też ma w tym przypadku swoje znaczenie.
Rezerwy tkwią w znanej z Formuły 1 technologii rekuperacji, polegającej na magazynowaniu energii powstałej w wyniku hamowania, w przypadku trakcji tramwajowej czy kolejowej, nadal mamy do czynienia z marnowaniem tego potencjału. To kwestia ubogiego jeszcze rynku magazynowania energii, gdzie dominuje prosty model, polegający na pozyskiwaniu tanich nadwyżek, by sprzedać je w warunkach zwiększonego zapotrzebowania mocy po wyższej cenie.
Na co dzień nie myślimy o tym, że powszechnie używane smartfony czy laptopy, podobnie jak odpalane każdego ranka samochody, funkcjonują dzięki bateriom. Ich wydajność i niezawodność to nasze być albo nie być, a nikt jeszcze nie zbilansował ilości energii potrzebnej do ich naładowania. Zwłaszcza w obecnym czasie niepewności, spowodowanej wojną w Ukrainie, gwarancja zasilania, którą dają magazyny energii, powinna być wyceniona jako kluczowy element łańcucha wartości energii elektrycznej.
Skoro kolej posiada ogółem 500 stacji zasilania, to ich łączna moc mogąca wspomagać w godzinach szczytu profesjonalną sieć zmiennoprądową, odpowiada dużemu konwencjonalnemu blokowi energetycznemu. Wzrost kosztów energii (przed którym to wyzwaniem stanęły samorządy) postawi na porządku dziennym kwestię jej pozyskiwania – nie tylko na użytek trakcji tramwajowej, ale wpięcia magazynów energii zbudowanych dla jej potrzeb w miejski system zasilania – w czasie zwiększonego poboru mocy.
Polska Izba Magazynowania Energii czy Centrum Informacji o Rynku Energii, a także szereg innych organizacji, mają wiele do zrobienia w zakresie zmiany podejścia do rynku energii. Dotyczy to zwłaszcza mniejszych ośrodków pozbawionych zaplecza infrastrukturalnego, finansowego i technicznego. Z tych powodów nie są one w stanie przez optymalizację dostępnych zasobów, samodzielnie i kompleksowo rozwiązywać kwestie zaopatrzenia w energię, jej zagospodarowania i kosztów stąd wynikających. Dominuje tradycyjne podejście, polegające na występowaniu o dodatkowy przydział mocy.
Polski Magazyn Energii Kinetycznej
Dzisiaj, gdy barierą może być nie tyle ich brak, ile koszt pozyskania – sprawa dostępności magazynów energii nabiera kluczowego znaczenia dla zbilansowania potrzeb i mitygowania kosztów. Nie przypadkiem klastry energii i nowatorskie rozwiązania pojawiają się tam, gdzie tradycyjne sieci i generatory energii ograniczały możliwości lokalnego rozwoju. Paradoksalnie, rosnące ceny energii okazują się tu czynnikiem stymulującym i prorozwojowym, również w odniesieniu do ładu regulacyjnego, z czym w ostatnich miesiącach i latach bywało sporo problemów. Dość wspomnieć tzw. ustawę wiatrakową.
Krajowy system energetyczny wymaga zmiany dotychczasowych paradygmatów, a dylemat – tradycyjna energetyka węglowa czy OZE – jest fałszywy. Nie da się bowiem zbudować zrównoważonego, efektywnego systemu bez współdziałania obu rozwiązań. Aby system mógł sprawnie funkcjonować, kluczowym elementem będzie zapewnienie bezpieczeństwa i stabilizacji sieci dystrybucji przez magazyny energii.
Optymizmem napawa fakt, że podjęto wysiłek stworzenia Polskiego Magazynu Energii Kinetycznej. Spółka Megatech Technology z Kalet pod Częstochową realizuje prace nad systemem przetwarzania nadmiaru energii elektrycznej w sieci energetycznej lub pochodzącej z innych źródeł (np. OZE) na energię mechaniczną, zmagazynowaną w wirujących masach silnika elektrycznego i w zintegrowanym z nim kołem zamachowym, a następnie do przetwarzania tej energii ponownie na energię elektryczną i przekazywania jej do sieci energetycznej.
Celem tych działań jest opracowanie prototypu magazynu energii kinetycznej o pojemności 1MWh i mocy szczytowej w trakcie magazynowania i odzyskiwania na poziomie 5 MW, złożonego z jednej lub dwóch jednostek magazynujących. Realizacja projektu wiąże się z zastosowaniem unikalnych i innowacyjnych rozwiązań technicznych i oparta jest na polskiej myśli technicznej.
Tempo finalizacji Polskiego Magazynu Energii Kinetycznej zależy od połączenia partnerskiego wysiłku podmiotów, które angażując się w sukces tego rozwiązania, będą dostrzegać nie tylko szansę na rozwiązanie problemu magazynowania energii, ale również korzyści biznesowe.
