Magazyny energii – baterie przyszłości

Problem magazynowania energii obecnia spędza sen z powiem wszystkim, którzy zajmują się transformacją energetyczną. Bo co można zrobić z energią wyprodukowaną przez źródła odnawialne, kiedy jej nie potrzebujemy? Jest kilka rozwiązań: można ją zmagazynować, wykorzystać na bieżąco, doprowadzi do wzrostu napięcia w sieci lub wyłączymy źródło energii. Ostatnie dwie opcje nie są ekonomicznie opłacalne i powodują masę problemów. Zostają pierwsze dwie opcje, które mogą się zazębiać.

Wykorzystanie na bieżąco w całości energii odnawialnej, zwłaszcza w dni słoneczne lub wietrzne nie zawsze jest możliwe. Dzienna krzywa zużycia pokazuje, że najwięcej energii elektrycznej potrzebnej jest rano i wieczorem, czyli wtedy, kiedy PV pracuje słabo lub w ogóle. Wprawdzie można "wypłaszczyć" krzywą zużycia, czyli zwiększyć zużycie energii koło południa oraz zmniejszyć rano i wieczorem, lecz nie rozwiążą problemu w znacznym stopniu. Na pewno nie zaszkodzi ustawiać programów w pralkach i zmywarkach na godziny, kiedy fotowoltaika pracuje najmocniej, czy ustawić podgrzewanie wody w podgrzewaczu (koniecznie z zasobnikiem, bo inaczej nasze działanie nie ma sensu). W dni letnie dochodzi coraz częstsze wykorzystywanie klimatyzacji, które wypłaszcza w pewnym stopniu krzywą. W skali makro jednak potrzebne są znacznie większe rozwiązania, które zoptymalizują proces wykorzystywania energii odnawialnej. 

Wodór jako paliwo przyszłości 

 Wodór jest jednym ze sposobów na magazynowanie nadmiarowej energii odnawialnej poprzez podpięcie do turbin wiatrowych czy paneli PV elektrolizerów. Elektrolizery wykorzystują wodę i energię elektryczną do produkcji ciepła odpadowego i wodoru, który może być wykorzystany w późniejszym czasie w ogniwach paliwowych. Następnie musi zostać przechowany w specjalnie przygotowanych butlach lub transportowany w rurociągach. Po dostosowaniu infrastruktury mógłby zastąpić gaz ziemny płynący obecnie do naszych domów. 

Wodór jako paliwo ma wiele wad: ma wysoką gęstość energetyczną, jest bezpieczniejszy od benzyny. Samochody na wodór są znacznie lżejsze od standardowych elektryków, a tankowanie samochodów na wodór jest bardzo szybkie. Jednak jest szereg problemów, którym należy sprostać: ciągle wodór jest bardzo drogim rozwiązaniem. Proces wytwarzania wodoru, a następnie jego wykorzystania ma niską sprawność, co wymaga włożenia dużej ilości energii. Również paliwo wodorowe jest łatwopalne i jest bardzo lekkie, co może powodować liczne wycieki. 

Akumulatory – najprostsze rozwiązanie

Magazynowanie energii w akumulatorach jest obecnie najpowszechniej stosowanym i technicznie najprostszym sposobem zarządzania nadwyżkami energii z OZE. Rozwiązanie to sprawdza się zarówno w skali mikro – w domach jednorodzinnych wyposażonych w instalację PV, jak i w skali makro – w dużych farmach fotowoltaicznych czy wiatrowych.

Zalety tego rozwiązania są dość oczywiste. Energia może być zgromadzona w ciągu dnia, a następnie oddawana wieczorem i w nocy, kiedy zapotrzebowanie rośnie. Dzięki temu możliwe jest zwiększenie autokonsumpcji energii i mniejsze obciążanie sieci energetycznej. Dodatkowo rozwój elektromobilności sprawia, że baterie samochodowe mogą pełnić rolę dodatkowego magazynu energii – w koncepcji vehicle-to-grid (V2G) pojazdy stają się mobilnymi, elastycznymi zasobnikami energii.

Wadą akumulatorów są koszty inwestycyjne – choć ceny baterii litowo-jonowych systematycznie spadają, to nadal stanowią one znaczący wydatek. Dodatkowo należy uwzględnić ograniczoną żywotność (liczba cykli ładowania i rozładowania), kwestię recyklingu oraz pozyskiwania surowców (takich jak lit, kobalt czy nikiel), które są niezbędne do ich produkcji. W perspektywie globalnej wyzwaniem staje się także zapewnienie odpowiednio dużej skali magazynów, które pozwolą na bilansowanie całych systemów elektroenergetycznych.

Elektrownie szczytowo-pompowe
Jedną z najstarszych i jednocześnie najefektywniejszych technologii magazynowania energii są elektrownie szczytowo-pompowe. W czasie nadprodukcji energii pompują one wodę do górnego zbiornika, by w okresach zwiększonego zapotrzebowania spuścić ją z powrotem w dół, napędzając turbiny. Dzięki temu możliwe jest szybkie reagowanie na wahania w systemie elektroenergetycznym.

Ich największą zaletą jest ogromna pojemność magazynowa – elektrownie tego typu mogą gromadzić energię w ilościach znacznie przewyższających możliwości akumulatorów. Dodatkowo charakteryzują się wysoką sprawnością (sięgającą 70–80%) i długą żywotnością technologiczną, liczona w dekadach.

Ograniczeniem pozostaje jednak geografia – do budowy potrzebne są odpowiednie warunki terenowe, w tym duże różnice wysokości i dostęp do zbiorników wodnych. W Polsce działa kilka elektrowni tego typu, m.in. w Żarnowcu czy Porąbce-Żar, ale potencjał do budowy nowych obiektów jest ograniczony.

Podsumowanie
Transformacja energetyczna wymaga nie tylko zwiększania mocy zainstalowanej w OZE, ale również równoległego rozwoju technologii magazynowania energii. Bez tego nie uda się w pełni wykorzystać potencjału odnawialnych źródeł. Najbliższe lata z pewnością pokażą, które rozwiązania okażą się najbardziej efektywne i opłacalne w praktyce – czy będzie to wodór, akumulatory, elektrownie szczytowo-pompowe, czy też kombinacja wielu technologii dopasowanych do konkretnych potrzeb. Pewne jest jedno: bez magazynów energii transformacja energetyczna nie osiągnie zakładanych celów.

---

https://www.energetyka-rozproszona.pl/artykuly/wodor-paliwem-przyszlosci-polska-perspektywa/ 

https://tze.tauron.pl/o-nas/baza-wiedzy-o-oze/2023/10/sposoby-magazynowania-energii