Wobec rozwoju e-mobilności oraz transportu elektrycznego trzeba sięgać po technologie magazynowania energii wspierające pracę systemową i rynek. Stacjonarne i mobilne zasobniki energii elektrycznej znajdą też zastosowanie w przemyśle.
Stworzenie niezawodnego systemu elektroenergetycznego oraz dynamicznego rynku energii jest długim i złożonym procesem. Aby osiągnąć ten cel, wszystkie istniejące komponenty oraz uczestnicy systemu i rynku muszą współpracować efektywnie i elastycznie, dopasowywać się do często zmieniających się warunków sieci.
Należy jednak pamiętać, że bazowanie wyłącznie na istniejących już urządzeniach na dłuższą metę rodzi oczywiste ograniczenia. Za pomocą konwencjonalnych środków, np. poprzez rozbudowę sieci, nie uda się szybko i efektywnie uzyskać pożądanej niezależności energetycznej. Tym bardziej w przypadku dynamicznego rozwoju e-mobilności oraz transportu elektrycznego. Dlatego trzeba sięgać po nowe technologie wspierające pracę systemową i rynkową.
Mniejsze i pojemniejsze
Chemiczne magazyny energii, czyli akumulatory stacjonarne i mobilne, nie są nową technologią. Pierwsze auto elektryczne skonstruowane przez Wernera von Siemensa poruszało się po ulicach już w 1882 roku. Różnica polega dzisiaj na rozmiarach i materiale bazowym takich systemów, a także na wymaganiach dotyczących ich zastosowania. Różne technologie magazynowania energii wynikają z dostępności zasobów.
Rozwój technologii idzie w kierunku zwiększenia mocy jednostkowej i wydajności przy jednoczesnym zmniejszeniu wymiarów zasobnika. Dla użytkownika bądź operatora głównymi parametrami zasobnika są: jego moc, pojemność i sprawność, gęstość mocy i energii, ale także dynamiczne parametry, specyficzne dla poszczególnych technologii, jak np. możliwość narastania mocy w czasie.
Istnieje przynajmniej dwadzieścia rodzajów technologii magazynowania energii. Ale trzeba zwrócić uwagę na to, że wiele z nowych rozwiązań nie wyszło jeszcze ze stadium badań bądź instalacji demonstratora.
I tu pojawia się problem, z którym wciąż boryka się branża, mianowicie koszty inwestycyjne i operacyjne. Pierwsze preseryjne samochody elektryczne w roku 2009 posiadały baterie litowo-jonowe, których koszt wahał się na poziomie 10 tys. zł za 30 kWh.
Czytaj: Elektromobilność jako wielosektorowe sprzęgło infrastruktury
Dzisiaj ceny mocno spadły, przy czym nie wynika to z wynalezienia nowych technologii magazynowania, a jedynie z efektu skali. Większa podaż i dłuższe serie pozwalają na redukcję ceny.
Ze względu na bardzo wysoki koszt zakupu, a często także koszty prowadzenia zasobnika energii należy dokładnie rozpatrzyć sposób jego użytkowania i możliwe zastosowania. Chodzi o to, aby „magazyn energii” był optymalnie dociążony i generował maksymalne zyski.
W świecie energetyki możliwość użytkowania magazynów dzieli się na dwie grupy za względu na cel: działania systemowe, sieciowe oraz zastosowania czysto rynkowe. Pierwsza grupa ma za zadanie poprawić parametry pracy systemu, bądź sieci, zarówno publicznych, jak i często przemysłowych w miejscu, gdzie magazyn jest zainstalowany. Mówimy tu o klasycznych układach regulacji wtórnej i pierwotnej, stabilizacji napięcia i kompensacji mocy biernej w układach energetycznych.
Zadaniem operacji rynkowych jest zwiększenie zysku użytkowania zasobnika. Wchodzi tu w grę klasyczna sprzedaż arbitrażowa przy pomocy zasobnika energii, sprzedaż nadwyżki energii np. ze źródeł OZE, współpraca z rynkiem kasowym SPOT czy Intraday.
Operacje z wykorzystaniem zasobników uwzględniają też tzw. peak shaving, czyli wygładzanie profilu zapotrzebowania szczególnie w zakładach przemysłowych o dużym zapotrzebowaniu na moc bądź wykorzystującym ją skokowo.
Analizując efektywność, będzie można zauważyć, która technologia spełnia wszystkie wymogi (np. narastanie mocy w czasie, rata samorozładowywania) i jakie parametry są optymalne technicznie i ekonomicznie, aby zrealizować te oczekiwania. Przy ocenie użyteczności należy zawsze uwzględnić lokalne warunki prawne i regulacyjne.
Zobacz również: Energetyka wiatrowa. Jaką rolę ma do odegrania miedź?
Kolejnym ważnym aspektem jest czas obciążenia, czyli okres, w którym bateria pracuje, tzn. dokonuje czynności sieciowych lub rynkowych, a nie „stoi” i zużywa jedynie energię.
Jak wynika z dotychczasowych doświadczeń na rynku europejskim, kierunek rozwoju wyznaczają tzw. multiusage use cases, czyli konstruowanie zasobników energii mogących wypełniać kilkanaście różnych zadań naraz. Celem jest zwiększenie jego czasowego obciążenia, jak i skrócenie czasu zwrotu kosztów inwestycyjnych.
Coś dla przemysłu
Na rynku europejskim istnieje zaledwie kilka modeli biznesowych wykorzystania zasobników energii. Każdy z przypadków należy analizować i dopasować do warunków kraju, w którym zasobnik ma być instalowany.
Innym ważnym aspektem jest bardzo mała liczba magazynów dużej mocy biorących udział w różnego rodzaju testach biznesowych bądź pracach naukowo-badawczych w Europie (efekt niezwykle wysokiej ceny zakupu magazynu). Wobec ograniczonej skali zakres doświadczeń w tym obszarze nie jest obecnie zbyt duży.
Klasycznym przykładem zastosowań przemysłowych, w tym wypadku w przemysłu chemicznego zużywającego ogromne ilości energii elektrycznej, może być przydatność magazynu energii we wspomnianej już procedurze peak shaving.
W przypadku zrealizowanego w Niemczech magazynu litowo-jonowego o mocy 350 kW i pojemności 350 kWh oraz kosztach inwestycyjnych rzędu 1,2 mln zł można byłoby poprzez realizację peak shaving zaoszczędzić w przypadku produkcji chemicznej około 2 mln zł co roku. Oznacza to, że taka inwestycja już po niecałym roku może przynosić zyski.
Ciekawą biznesowo alternatywę daje przyłączenie zestawu baterii do farm wiatrowych. Farma dostarczająca rocznie około 65 TWh odnawialnej energii do systemu korzysta przy słabym wietrze z magazynu energii do podtrzymywania pracy swoich urządzeń. Magazyn energii o mocy 1 MW i pojemności 500 kWh pokrywa potrzeby parku wiatrowego w 80 proc. czasu i generuje oszczędności na poziomie 250 tys. zł rocznie.
W dziedzinie elektromobilności ciekawym trendem jest użytkowanie samochodów małych, jak i dostawczych jako tzw. transportu wewnętrznego. Przy uwzględnieniu relatywnie małych mocy, regulacji prawno-podatkowych oraz premii zakupowych staje się to dla wielu przedsiębiorców ciekawym rozwiązaniem.
Magazyny energii, zarówno w wersji stacjonarnej, jak i mobilnej, należy uznać za obszar perspektywiczny w odniesieniu do systemu elektroenergetycznego oraz rynku. Obecna zainstalowana globalna moc systemów magazynowania energii w Europie jest szacowana na 140 GW.
Po to, by kontynuować redukcję emisji CO2 w sektorze elektroenergetycznym w najbliższych latach poprzez wzrost udziału energii z OZE, niezbędne jest zainstalowanie w sieciach elektroenergetycznych dalszych 310 GW.
Jednak ze względu na relatywnie wysokie koszty brak znaczących doświadczeń w zarządzaniu tak dużymi urządzeniami, niedostatek kompleksowych scenariuszy i modeli biznesowych należy przeprowadzić indywidualną analizę i badania dla każdego przypadku.
Polecamy: Magazynowanie energii. Niezbędne do rozwoju OZE i nie tylko
