Magazyny energii służą posiadaczom domów jednorodzinnych (w mikroskali) do przechowywania nadwyżek wyprodukowanych przez ich systemy fotowoltaiczne. Jednakże te „bańki na energię” mają znacznie więcej zastosowań ważnych dla stabilizacji całej sieci energetycznej kraju.

Obejmują one m.in. zapewnienie równowagi podaży i popytu na energię elektryczną, magazynowanie nadwyżki energii i późniejsze rozładowywanie w razie potrzeby. W istotny sposób wpływają na zapewnianie kontroli częstotliwości w celu utrzymania stabilności sieci i bezpieczeństwa dostaw. Wyrównują niewielkie zmiany w produkcji energii ze źródeł odnawialnych, a także pokrywają brakujące dostawy z generatorów działających przy wykorzystaniu paliw kopalnych, w czasie ich przestojów.

Innymi słowy, magazyny energii ze źródeł odnawialnych, by sprawę ująć szerzej, stabilizują bezpieczeństwo i niezawodność systemu elektroenergetycznego oraz zmniejszają prawdopodobieństwo wystąpienia tzw. blackoutów.

Przykładem światowego pioniera na rynku magazynów energii z OZE, w tym z fotowoltaiki, jest Australia. Kraj ten na koniec 2030 r. chce osiągnąć udział zielonej energii w mixie energetycznym na poziomie 20 proc., ale w 2050 już od 50 do 100 proc., w zależności od regionu. W związku z tym sprawa magazynowania wytworzonej ze źródeł odnawialnych energii jest sprawą o pierwszoplanowej wadze.

Doświadczenia Australii na tym polu będą najprawdopodobniej źródłem inspiracji dla innych państw rozwijających, w związku ze zmianami klimatycznymi, swoje systemy fotowoltaiczne.

Akumulatorowe magazyny energii

Bateryjne/akumulatorowe systemy magazynowania energii podzielić można, ze względu na miejsce ich zainstalowania, na dwie grupy:

• behind-the-meter (BTM) – skierowane głównie do właścicieli domów jednorodzinnych i tam też instalowane, umożliwiają przechowywanie nadwyżki energii z paneli PV przy niskiej konsumpcji prądu i uruchamianie jej w sytuacjach, gdy konsumpcja ta rośnie;
• front-of-the-meter (FTM) – to magazyny sieciowe, przyłączane do sieci dystrybucyjnej lub przesyłowej, stanowiące wsparcie dla utrzymania bezpieczeństwa systemu i stabilizacji parametrów całego systemu.

Warto w tym miejscu dodać, iż w Polsce magazyny energii przeznaczone dla domów jednorodzinnych wyposażonych w systemy fotowoltaiczne coraz bardziej zyskują na popularności. Jedna z największych sieci meblowych i wyposażenia wnętrz – koncern IKEA – na razie sprzedaje w swoich sklepach systemy paneli PV, ale chce też przenieść na polski grunt swoje doświadczenia z Wielkiej Brytanii, gdzie ma w sprzedaży magazyny energii.

Akumulator znajdujący się w ofercie Ikei na Wyspach dostępny jest w wersjach 3 kWh i 6 kWh. Można go kupić osobno lub jako element zestawu fotowoltaicznego. Kosztuje 3 tysiące funtów, w zestawie z panelami zaś to wydatek prawie 7 tysięcy funtów.

Wiele polskich firm już teraz oferuje przydomowe magazyny energii o różnej pojemności, zarówno w systemach z panelami wyłącznie na użytek własny (off-grid) jak i tymi, które są przyłączone do sieci elektroenergetycznej (on-grid).

Przeczytaj także: Skały Wybrzeża Morza Północnego magazynami energii?

Elektrownie szczytowo-pompowe jako magazyny energii

W magazynowaniu energii na dużą skalę wielką rolę mają do odegrania elektrownie szczytowo-pompowe. Na tym polu Australia ma już pierwsze pozytywne doświadczenia i inwestuje w innowacyjne przedsięwzięcia.

Obecnie powstaje system dwóch zbiorników wodnych (Snowy Scheme Tantangara i Talbingo), połączonych za pomocą podziemnych tuneli z elektrownią szczytowo-pompową. Przepompownia będzie działała jak konwencjonalny schemat hydroelektryczny, ale zamiast uwalniania wody po wygenerowaniu energii, przepompuje wodę z powrotem do górnego zbiornika, aby ponownie ją użyć.

Możliwość pompowania i przechowywania wody oznacza, że cały system pracować będzie jak gigantyczna bateria, magazynując i oddając energię. Założeniem tego systemu jest pompowanie wody za pomocą prądu w czasach niskiego zapotrzebowania i magazynowanie jej w górnym zbiorniku. Następnie, w okresach szczytowego zapotrzebowania, zmagazynowana woda będzie używana do generowania energii elektrycznej, która stanie się dostępna w ciągu kilku minut.

Elektrochemiczne magazyny energii

Inwestycja Hornsdale Power Reserve, która jest największą na świecie baterią litowo-jonową o parametrach 100 MW/129 MWh, zapewniającą usługi bezpieczeństwa sieciowego dla konsumentów energii elektrycznej z Australii Południowej, odniosła ogromny sukces.

Magazyn pokrywający około jednego hektara ziemi, położony jest na największej w Australii Południowej farmie wiatrowej Hornsdale. Był budowany z przeznaczeniem zapobiegania lokalnym niedoborom energii i został oddany do użytku w grudniu 2017 r. W ciągu niespełna dwóch miesięcy jego działania oszczędności związane ze stabilizacją systemu sięgnęły milionów dolarów. Natomiast fluktuacje mocy, które w przeszłości były problemem w tym regionie, są efektywnie kontrolowane i opanowywane. Dużym osiągnięciem tego kompleksu bateryjnego była reakcja w ciągu milisekund, dostarczając do systemu niezbędną moc, gdy australijska elektrownia węglowa przestała pracować.

Tego typu projektów realizuje się w Australii znacznie więcej, co zapewne sprawi, że zagrożenie blackoutem w tym kraju, który zdarzył się np. w 2016 i 2017 r., znacząco spadnie.

Przeczytaj także: Polski patent na nadwyżki energii z paneli słonecznych

Magazynowe wsparcie systemu

Rozwój systemów fotowoltaicznych instalowanych na domach jednorodzinnych na całym świecie, również w Polsce sprawia, że rynek ofert magazynów energii dla tych klientów rośnie, a konkurencja na nim wpływa korzystnie na wysokość cen i jakość sprzedawanych akumulatorów.

Jednakże magazyny energii w makroskali mają kolosalne znaczenie nie tylko dla inwestorów indywidualnych korzystających z własnych systemów PV. Coraz większego znaczenia nabierają duże magazyny, tzw. sieciowe, instalowane z przeznaczeniem regulacji pracy sieci. Przechowywanie energii w magazynie jest jego funkcją podstawową, ale nie wykorzystuje w pełni wszystkich jego dostępnych zastosowań.

Przy dużym nasyceniu sieci elektroenergetycznej źródłami energii odnawialnej (słońce i wiatr), magazyny będą stanowiły znaczące wsparcie, poprzez zwiększenie elastyczności korzystania z wyprodukowanej energii, umożliwiając efektywne i racjonalne zarządzanie siecią.

Systemowe magazyny pozwolą zmniejszyć nieplanowane przepływy energii, ograniczyć przeciążenia sieci, jak również wahania napięcia i częstotliwości. Warto pamiętać, że utrzymanie częstotliwości w wymaganym zakresie jest krytyczne dla sieci. Częstotliwość spada przy rosnącym obciążeniu, czyli w czasie dużych przepływów energii, podczas wysokiego popytu i produkcji. Z kolei spadek obciążenia albo spadek przepływu powoduje wzrost częstotliwości.

Takie zastosowanie magazynów zmniejsza koszty prowadzenia ruchu w sieci, jak również pozwala na utrzymanie stabilnych jej parametrów, łagodzenie chwilowych przeciążeń linii przesyłowych, czy dystrybucyjnych. Niewątpliwą zaletą jest tutaj również zmniejszenie kosztów wynikających ze strat energii w sieci.

Ewa Grochowska

Przy pisaniu opracowania wykorzystany został artykuł „Magazyny energii w erze odnawialnych źródeł energii - rozwiązania australijskie” autorstwa Ewy Mataczyńskiej, Instytut Polityki Energetycznej im. Ignacego Łukasiewicza. Pełny tekst dostępny pod linkiem: http://www.instytutpe.pl/wp-content/uploads/2016/01/Magazyny-energii-w-erze-OZE.pdf

Wszystkie raporty i opracowania Międzynarodowej Agencji Energii, również dotyczące OZE, znajdują się pod linkiem: https://www.iea.org/

Grafika:

• https://pixabay.com/pl/photos/zach%C3%B3d-s%C5%82o%C5%84ca-nastr%C3%B3j-zmierzch-3728064/