Magazyny energii: rozwój elektrowni słonecznych i wiatrowych jest ściśle powiązany z technologiami magazynowania energii elektrycznej, które zapewniają nieprzerwane zasilanie gospodarstw domowych oraz firm. Systemy magazynowania energii elektrycznej to szybko rozwijająca się klasa zaawansowanych technologicznie urządzeń, która otwiera zupełnie nowe możliwości rozwoju energetyki. Sprawiają, że energia elektryczna jest magazynowana i przenośna, eliminując konieczność jednoczesnych procesów produkcji i zużycia. Technologie te zapewniają nieprzerwane zasilanie w przypadku krytycznego spadku lub całkowitego braku napięcia w sieci elektrycznej.
Fizyczne, elektrochemiczne i elektryczne magazyny energii – ich zastosowanie w energetyce odnawialnej
Światowa elektroenergetyka kieruje się technologiczną zasadą bilansowania poziomu produkcji i zużycia. Innowacyjną technologią pozwalającą na oddzielenie produkcji od zużycia jest system magazynowania energii elektrycznej. Technologia ta całkowicie zmienia cały system, stosunek tradycyjnego i alternatywnego wytwarzania energii. Wzrost ilości energii elektrycznej wytwarzanej z odnawialnych źródeł energii (OZE) postawił nowe wyzwania dla sieci elektroenergetycznych, które już działają w warunkach zwiększonego obciążenia.
Nowoczesne systemy zasilania muszą zawsze równoważyć podaż i popyt, wykazując elastyczną kontrolę i optymalną wydajność energetyczną. Rosnące wykorzystanie energii odnawialnej tworzy nowe źródło niestabilności. Wprowadzaniu elektrowni słonecznych i wiatrowych na całym świecie towarzyszą znaczne wzrosty i spadki produkcji energii elektrycznej. Systemy magazynowania wygładzają nierównomierne wytwarzanie energii i zmniejszają tempo zmian mocy w średnich i dużych instalacjach wykorzystujących energię słoneczną i wiatrową. Tym samym systemy te zapewniają stabilny poziom mocy wyjściowej i czynią z OZE przewidywalny element sieci elektroenergetycznej.
Wykorzystanie jednego lub drugiego systemu magazynowania energii zależy od wielu czynników technicznych i ekonomicznych. Każdy etap tego procesu jest realizowany przy użyciu komponentów, takich jak transformatory, systemy konwersji mocy i nowe typy baterii elektrochemicznych. Obecnie istnieje kilka rodzajów technologii magazynowania energii. Przykłady takich systemów obejmują elektrownie szczytowo-pompowe, chemiczne źródła energii, systemy magazynowania oparte na kołach zamachowych, wodorze i syntetycznym gazie ziemnym.
Zalety systemów magazynowania energii elektrycznej
Na całym świecie rośnie liczba elektrowni wiatrowych i słonecznych, a wraz z nią względny udział odnawialnych źródeł energii w sieciach energetycznych. Ich charakterystyczne wahania w wytwarzaniu energii mogą prowadzić do przeciążeń sieci i niestabilności częstotliwości prądu. Integracja systemu magazynowania energii elektrycznej z odnawialnymi źródłami energii ma na celu złagodzenie wpływu nierównomiernej generacji na sieć energetyczną. Zbilansowanie sieci dystrybucyjnej tradycyjnie osiągano poprzez zwiększenie produkcji w celu zaspokojenia zapotrzebowania na energię. Ale takie podejście negatywnie wpływa zarówno na wydajność, jak i żywotność sprzętu. Ten środek nie zawsze jest wystarczający, zwłaszcza gdy rośnie produkcja energii odnawialnej. Podłączone do sieci przezwyciężają te ograniczenia, zapewniając ważny bufor, który oddziela zużycie od wytwarzania energii elektrycznej. Zwiększa to wydajność systemu i zmniejsza emisję CO2.
Elementy składowe magazynów energii elektrycznej
Nowoczesne rozwiązania w zakresie magazynowania energii zawierają kilka kluczowych elementów do działania systemu. System oparty jest na urządzeniu, w którym zachodzi fizyczny proces akumulacji energii. W większości przypadków taki proces opiera się na zasadach działania elektrycznego (kondensatory), elektrochemicznego (baterie) lub mechanicznego (koła zamachowe).
Stan fizycznego magazynowania energii jest monitorowany przez system zarządzania baterią lub system zarządzania kondensatorami. Odczytuje wszystkie niezbędne dane, takie jak wartości napięcia, prądu i temperatury dla akumulatorów litowo-jonowych, prędkość i temperatura koła zamachowego oraz inne parametry. Sprzęt elektroniczny określa, kiedy i w jakim stopniu urządzenie będzie ładowane lub rozładowywane.
Zużycie energii z przesunięciem w czasie
Systemy magazynowania energii elektrycznej wykorzystywane do tego zadania są ładowane po niskich stawkach za energię elektryczną i rozładowywane, gdy ceny energii elektrycznej są wysokie. W krótszym czasie mogą wykonać podobne zadanie, magazynując energię wytworzoną ze źródeł odnawialnych o niestabilnej wydajności. Jeśli głównym czynnikiem jest różnica w taryfach za energię elektryczną, korzystanie z takich systemów wygląda atrakcyjnie. Akumulacja energii w trybie ładowania w okresach szczytowej mocy, aby zapobiec przeciążeniu, nazywa się zrzucaniem szczytów.
Podejście to może być stosowane zarówno w szczytowym okresie wytwarzania energii elektrycznej, jak i w szczytowym zapotrzebowaniu (w przypadku nieuniknionego przeciążenia). Wykorzystywane w ten sposób magazyny energii mogą być lokalizowane w elektrowniach, w jej pobliżu lub w innych częściach sieci, w tym u źródła obciążenia. Innym zastosowaniem tej technologii jest magazynowanie energii w celu opóźnienia i zmniejszenia potrzeby budowy nowych mocy wytwórczych.
