Energetyk magazynier
Nie bez znaczenia są też spadające ceny akumulatorów litowo-jonowych (1), co pozwala myśleć o nich jako realnej alternatywie wobec innych technik magazynowania energii. Na początku 2019 r. w amerykańskiej Północnej Karolinie przeprowadzono badania dotyczące kosztów i wydajności takiego magazynowania. Ich wynikiem była rekomendacja skierowana dla przedsiębiorstw użyteczności publicznej, aby umieściły w systemie energetycznym instalacje akumulatorowe. Wielkie ich farmy rosną od dłuższego czasu w Kalifornii (2), a południowa Australia we współpracy z Teslą równoważy swój system, po tym jak postawiła zdecydowanie na OZE.
Zasilają i stabilizują
Eksperci rekomendujący stabilizację systemów magazynami energii zwracają uwagę, że wznoszenie nowych elektrowni, zdolnych do pracy głównie w szczycie zapotrzebowania, czyli uruchamianych wtedy, gdy są niezbędne (w USA opalanych gazem ziemnym, a w Niemczech węglem brunatnym), jest kosztowne i nieefektywne.
Porównać to można do zakupu busa, z którego korzysta się tylko wtedy, gdy raz do roku trzeba przewieźć całą rodzinę, z dziadkami i wujkami, na święta.
A zatem magazynowanie energii i zaspokajanie nią szczytowych potrzeb wydaje się sensowniejszym pomysłem. Zwłaszcza, że szczyty produkcji energii z OZE wypadają często w innych godzinach doby niż szczyty potrzeb odbiorców. Gdy np. w krajach o dużej liczbie turbin wiatrowych wieją orkany, produkcja energii elektrycznej potrafi tam przekraczać nawet największe zapotrzebowanie. Zdarzały się problemy z zagospodarowaniem tych nadwyżek.
Oczywiście magazyny energii istnieją już od dawna - nawet w Polsce zbudowano instalacje szczytowo-pompowe, czyli hydromagazyny energetyczne. Rzecz w tym, że zwykle stanowią one niewielki ułamek dostępnej mocy w tradycyjnych systemach.
Zmiana, którą obserwujemy w takich krajach jak USA, polega na skali. O wielkich bateriach w sieci energetycznej myśli się już nie jako o uzupełnieniu, ale czymś tworzonych zamiast nowych elektrowni. Niedawno np. kalifornijskie przedsiębiorstwo energetyczne Pacific Gas & Electric uzyskało od organów regulacyjnych pozwolenie na budowę potężnego systemu magazynowania energii o mocy 567,5 MW w pobliżu San Francisco.
Z kolei Hawaiian Electric Company ubiega się o zatwierdzenie projektów, które magazynowałyby kilkaset megawatów mocy na archipelagu, który jest przez ocean odłączony od reszty amerykańskiej sieci energetycznej. Podobnie odizolowane od reszty sieci są okolicy Fairbanks na Alasce, gdzie w 2003 r. powstał magazyn energetyczny o maksymalnej mocy 25 MW, pozwalający stabilizować lokalną sieć przez okres do 15 minut. Elektrownia składa się z 13 760 baterii niklowo-kadmowych.
Różne akumulatory, ale myśl jedna
W innych krajach liczba magazynów tego typu też stale rośnie. W Buzen, w japońskiej prefekturze Fukuoka, firma Mitsubishi zainstalowała magazyn akumulatorów sodowo-siarkowych o łącznej pojemności 300 MWh i mocy 50 MW.
Obiekt służy do stabilizacji sieci i kompensowania wahań dostaw pochodzących z odnawialnych źródeł energii. Akumulator jest zbliżony mocą do parametrów przeciętnych elektrowni szczytowo-pompowych (zobacz także: Ogniwa galwaniczne). Baterie są umieszczone w 252 pojemnikach. Elektrownia zajmuje powierzchnię 14 tys. m2.
W Azji, poza Japonią, wielkie akumulatory buduje się także w Indonezji. W 2019 r. w dziesięciu lokalizacjach w Abu Zabi zainstalowano wysokotemperaturowe akumulatory sodowo-siarkowe o mocy/pojemności 108 MW/648 MWh. Są to systemy rozproszone, które mogą być sterowane jako jedna wirtualna elektrownia.
Oczywiście sprawą zainteresowali się też Chińczycy. Tamtejsza firma BYD uruchomiła w Hongkongu system farm akumulatorów o pojemności 40 MWh i 20 MW mocy maksymalnej każdy. Służą do amortyzacji szczytów obciążenia w okresie największego zapotrzebowaniu na energię.
Akumulator tego systemu składa się z prawie 60 tys. pojedynczych ogniw litowo-żelazowo-fosforanowych (Li-FePO4). Projekt zainicjowany został już dość dawno, bo w październiku 2013 r., a w czerwcu 2014 r. przyłączono pierwsze magazyny do sieci. Obecnie bada się w Hongkongu możliwość włączenia do niej kolejnych trzech magazynów, o 1000 MW mocy szczytowej i 200 MWh pojemności energetycznej.
Najbardziej znane projekty europejskie powstają w Wielkiej Brytanii i w Niemczech. W 2016 r. brytyjska sieć krajowa podpisała kontrakty na przechowywanie energii o mocy 200 MW w ramach aukcji Enhanced Frequency Response (EFR) - na ich mocy sukcesywnie powstają lokalne magazyny.
We wrześniu 2015 r. w Feldheim w Brandenburgii oddano do użytku magazyn akumulatorów litowo-polimerowych o mocy 10 MW i pojemności 6,5 MWh. Projekt kosztował 12,8 mln euro. Magazyn dostarcza energii dla sieci energetycznej w celu zrekompensowania wahań wywołanych przez elektrownie wiatrowe i słoneczne. Oparty na tej samej litowo-polimerowej technice, choć mniejszy, magazyn otwarto w tym samym roku w Dreźnie. W kolejnych latach w Niemczech powstawały następne magazyny energii, budowane przez firmę Evonik.
Do gromadzenia energii używa się też bardziej tradycyjnej techniki akumulatorów kwasowo-ołowiowych, takich jak ten w Notrees w Teksasie, o maksymalnej mocy 36 MW, o którego instalacji przed laty pisał "MT". Również elektrownia fotowoltaiczna Alt Daber koło Wittstock w Brandenburgii została wyposażona w magazyn kwasowo-ołowiowy o pojemności 2 MWh. Szczególną cechą tego rozwiązania jest to, że wykorzystano niejako gotową baterię, dostarczoną w kontenerze i podłączoną na miejscu.
Na starych dobrych kwasowo-ołowiowych akumulatorach był oparty jeden z najstarszych magazynów energii, jakie znamy - Chino Battery Storage Project, który funkcjonował w latach 1988-1997 w kalifornijskim mieście Chino. Służył przede wszystkim do stabilizacji sieci i w założeniu wykorzystywano go na wypadek często zdarzających się w tamtej okolicy przerw w dostawach prądu.
Elektrownia miała moc szczytową 14 MW i pojemność 40 MWh, co okazało się jednak niewystarczające do skutecznej stabilizacji w sieci lokalnego operatora, Southern California Edison. System składał się z 8256 akumulatorów kwasowo-ołowiowych w ośmiu ciągach, rozmieszczonych w dwóch halach.
Wciąż na starcie
Wydaje się, że to dopiero początki epoki magazynowania energii na wielką skalę. W ujęciu globalnym maksymalna moc farm akumulatorowych jest wciąż o rząd wielkości mniejsza niż elektrowni szczytowo-pompowych, które są najbardziej rozpowszechnioną formą magazynowania energii z sieci.
Pod względem pojemności magazynowej największe elektrownie akumulatorowe są też ciągle o dwa rzędy wielkości mniejsze niż jednostki szczytowo-pompowe.
Elektrownie akumulatorowe (3) do tej pory wykorzystywane były do krótkoterminowych usług w szczytach i do zadań pomocniczych, takich jak minimalizowanie ryzyka wystąpienia przerw w dostawie energii elektrycznej. Jeśli rzeczywiście ich skala wzrośnie, staną się - jak tego chcą niektórzy eksperci - alternatywą dla budowania nowych elektrowni na paliwa kopalne.
Brzmi to nie najgorzej, ale czy w ogóle możliwe jest zbudowanie akumulatorów na tak wielką skalę? A jeśli tak, to czy czystej energii będzie tyle, by magazyny nie stały puste?
Zobacz także:
Mój dom moją elektrownią
Mini elektrownia wiatrowa
Zasilanie bez klimatycznych skutków ubocznych
