Odnawialne Źródła Energii (OZE) stanowią fundament globalnej transformacji energetycznej, opierając się na wykorzystaniu naturalnych zasobów, takich jak energia słoneczna, wiatrowa, wodna czy geotermalna. W ciągu ostatniej dekady obserwowano wyraźny i dynamiczny rozwój udziału źródeł energii odnawialnej w strukturze krajowego systemu elektroenergetycznego, zwłaszcza w przypadku technologii fotowoltaicznych. Problemem stało się magazynowanie nadwyżek wyprodukowanego prądu.
W niniejszym artykule wyjaśnimy, czym są magazyny energii oraz jakie jest ich znaczenie dla współczesnej gospodarki energetycznej. Postaramy się przybliżyć zasady działania wspomnianych magazynów, ze szczególnym uwzględnieniem systemów fotowoltaicznych. Jeśli jesteś posiadaczem przydomowej instalacji fotowoltaicznej, ten temat powinien Cię szczególnie zainteresować! Zapraszamy do lektury!
Czym są OZE?
Na wstępie warto zacząć od podstaw. Czym właściwie są OZE? Odnawialne źródła energii (OZE) to naturalne zasoby, które mogą być wykorzystywane do produkcji energii, a ich źródła nie ulegają wyczerpaniu lub odnawiają się w stosunkowo krótkich okresach czasu. Obejmują one szeroki zakres metod pozyskiwania energii, takich jak energia słoneczna, wiatrowa, wodna, geotermalna oraz biomasa. Te źródła energii stanowią alternatywę dla paliw kopalnych, a ich wykorzystanie przyczynia się do zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych i ochrony środowiska naturalnego.
Czym jest magazyn energii?
Magazyn energii to zaawansowane technologicznie rozwiązanie, które umożliwia gromadzenie, przechowywanie i dysponowanie energią elektryczną wytworzoną z odnawialnych źródeł energii, takich jak energia słoneczna, wiatrowa czy wodna. Jest to system, który pozwala na gromadzenie nadmiarów wyprodukowanej energii w okresach wysokiej produkcji oraz wykorzystywanie jej wtedy, gdy zapotrzebowanie przekracza bieżącą produkcję.
Magazyny energii z OZE są niezbędne dla zapewnienia stabilności i efektywności systemów opartych na odnawialnych źródłach, kompensując ich niestabilność wytwarzania wynikającą ze zmieniających się warunków atmosferycznych czy cyklu naturalnego. Te rozwiązania odgrywają istotną rolę w kształtowaniu zrównoważonych i elastycznych systemów energetycznych.
Kiedy magazynowanie energii jest korzystne?
Magazynowanie energii jest korzystne w wielu sytuacjach, obejmujących różne potrzeby w systemach energetycznych. Oto niektóre z nich:
- Podczas szczytowych okresów zapotrzebowania na energię, magazyny energii mogą uzupełniać braki w produkcji, redukując ryzyko niedoboru i zmniejszając skoki cen energii.
- Gdy produkcja energii przekracza bieżące potrzeby, magazynowanie pozwala na przechowywanie nadwyżek, które mogą być wykorzystane w okresach niskiego wytwarzania lub wysokiego zapotrzebowania.
- Magazynowanie energii przyczynia się do zachowania zrównoważonego rozwoju.
- W niektórych okresach koszty wytwarzania energii są niższe. Magazynowanie energii pozwala na przechowywanie energii wtedy, gdy jej produkcja jest tańsza, aby wykorzystać ją w okresach wyższych kosztów.
- Magazyny energii mogą służyć jako awaryjne źródło energii w przypadku zakłóceń lub awarii w głównych systemach dostaw energii.
Jak działają magazyny energii?
Magazyn – jak sama nazwa wskazuje – jest miejscem, gdzie przechowuje się wytworzoną energię na późniejsze wykorzystanie. Jeśli chodzi o systemy fotowoltaiczne, funkcję takiego magazynu pełnią najczęściej akumulatory litowo-jonowe. Stanowią one skuteczne i wydajne rozwiązanie do przechowywania energii elektrycznej ze względu na wysoką gęstość energetyczną, możliwość szybkiego i wielokrotnego ładowania oraz długotrwałą żywotność. Nadwyżka energii przyjmuje w magazynie formę substancji chemicznej.
Jak zbudowany jest akumulator litowo-jonowy?
Akumulatory litowo-jonowe opierają swoje działanie na elektrochemicznym procesie przechowywania i uwalniania energii elektrycznej poprzez przepływ jonów litu między dwoma elektrodami podczas procesu ładowania i rozładowywania. Akumulator zbudowany jest z następujących elementów:
- Anoda (ujemna elektroda) – zazwyczaj wykonana z węgla lub grafitu, na której zachodzi proces wchłaniania jonów litu podczas ładowania akumulatora.
- Katoda (dodatnia elektroda) – wykorzystuje związki zawierające lit, takie jak tlenki metali, jako materiał umożliwiający jonizację litu podczas rozładowywania akumulatora.
- Elektrolit – pomiędzy anodą a katodą znajduje się elektrolit, który umożliwia przepływ jonów litu między elektrodami podczas ładowania i rozładowywania.
Magazynowanie energii słonecznej w praktyce
Kiedy panele fotowoltaiczne produkują więcej energii, niż jest potrzebne w danym momencie, nadmiarowa energia jest kierowana do akumulatorów litowo-jonowych. Gdy produkcja energii słonecznej spada, na przykład w nocy lub w pochmurne dni, zgromadzona w akumulatorze energia jest wykorzystywana do zasilania domu. To pozwala na niezależne korzystanie z energii słonecznej nawet w okresach, gdy źródło jej generowania jest ograniczone. Jeśli nie posiadasz własnego magazynu energii, nadwyżki trafiają do publicznej sieci.
Jak magazynowana jest energia z wiatru?
Badania nad wydajnym magazynowaniem energii z elektrowni wiatrowych wciąż trwają. Obecnie dostępnych jest kilka technologii, które znajdują zastosowanie. Są to:
- bateryjne systemy energii (baterie akumulatorowe)
- zasobniki kinetyczne
- nadprzewodnikowe jednostki magazynujące
- superkondensatory
- ogniwowa paliwowe na bazie paliwa wodorowego
- elektrownie szczytowo-pompowe
Popularność zyskują także systemy CAES (ang. Compressed Air Energy Storage), czyli technologia magazynowania energii, która wykorzystuje sprężone powietrze jako nośnik.
Na czym opiera się system CAES?
W okresach niskiego zapotrzebowania lub wysokiej produkcji energii ze źródeł odnawialnych, system CAES używa tej energii do sprężania powietrza. Powietrze jest sprężane i przechowywane w specjalnych zbiornikach lub podziemnych kawernach, zwiększając w ten sposób ciśnienie i gromadząc energię potencjalną. Gdy zapotrzebowanie na energię wzrasta lub jest ona potrzebna, sprężone powietrze jest zwalniane ze zbiorników i napędza turbiny, które wytwarzają energię elektryczną.
Jaka jest przyszłość OZE i magazynów energii?
Przyszłość odnawialnych źródeł energii oraz technologii magazynowania energii wydaje się obiecująca. Badania nad bardziej wydajnymi, tańszymi i ekologicznymi technologiami magazynowania, takimi jak baterie o zwiększonej pojemności, systemy magazynowania ciepła czy rozwój systemów magazynowania ciekłych substancji, mają potencjał zmniejszenia kosztów i zwiększenia elastyczności systemów opartych na OZE. Wzrost produkcji energii z OZE wymaga większej zdolności magazynowania energii na skalę masową. Innowacyjne podejścia, nowe materiały oraz zastosowanie sztucznej inteligencji, a przede wszystkim kontynuacja badań naukowych, mogą przyspieszyć postęp w tych dziedzinach.