Promocja!

Solidny przemysłowy magazyn energii

Magazyn energii produkt Polski NRG Project, technologia LiFePO4 dla domu i przemysłu 5kwh 10kwh o napięciu 48 V i większe magazyny energii o napięciu 268 V do fotowoltaiki do inwerterów trójfazowych. Na zamówienie produkujemy magazyny dedykowane o dowolnej pojemności i szerokim zastosowaniu. Magazyny energii o napięciu 400 V to rozwiązanie dla przedsiębiorstw i do instalacji hybrydowych. Tryby pracy kontenerowego magazynu energii to:

  • peak-shaving
  • stabilizacja sieci
  • zasilanie awaryjne
  • tryby dedykowane/programowalne

Konfigurator

Postaw na bezpieczeństwo i niezależność – magazyn energii z fotowoltaiką

Wyczyść
Cena brutto z 23% VAT w PLN
Możliwość finansowania magazynu energii przez leasing EFL

W związku z dużym zainteresowaniem termin dostawy do 30 dni roboczych

  • stawka amortyzacji  10%
  • minimalny okres umowy leasingowej  to 48 mcy do max 60 mcy
  • wpłata początkowa od 10-45%, wykup 25% do 15%.
Solidny magazyn energii, takiego szukałem, działa u mnie w instalacji bez sieci. Postawiłem na technologię LiFePO4, bo chcę mieć magazyn energii na kilkanaście lat!
Marek z Wrocławia

1 opinia dla Solidny przemysłowy magazyn energii

  1. WaldekT

    Polecam działa wszystko ok

Dodaj opinię

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

Magazyn energii – dane techniczne

Często zadawane pytania:

 

1. Jak wybrać magazyn energii do fotowoltaiki?

Dopasuj pojemność magazynu energii do Twojego zapotrzebowania na energię i mocy instalacji fotowoltaicznej, tak by gromadzić jak najwięcej nadwyżek produkcyjnych i móc je wykorzystać w czasie spadku produkcji energii.

2. Czy rozwiązanie od NRG pasuje do każdego inwertera?

Nie, magazyn energii pasuje do inwerterów hybrydowych, które mają wyjście na magazyn.

3. Zestaw niskonapięciowy, czy wysokonapięciowy?

Magazyn energii 48V wybierz do inwertera jednofazowego, magazyn energii wysokonapięciowy wybierz do inwertera trójfazowego.

4. Ile to kosztuje?

Dobra bezpieczna technologia LiFePO4 kosztuje średnio 2000-3000 zł/kwh

5. Dlaczego warto dokupić magazyn energii do instalacji fotowoltaicznej?

Przy wzroście napięcia w sieci, magazyn energii pozwoli nam produkować energię  i uniknąć wyłączenia się inwertera.

6. Jak działa taki system?

Akumulatory wysokiej jakości które są ładowane prądem wytworzonym przez panele fotowoltaiczne.
Z naładowanego magazynu możemy wykorzystywać prąd gdy nie ma bieżącej produkcji prądu – np: w nocy lub czasie awarii zasilania sieci.

7. Jakie są rodzaje Magazynów energii?

Najnowsze i zarazem najbezpieczniejsze są magazyny energii zbudowane z ogniw LiFePo4. Starsze generacjie magazynów były oparte na technologii ołowiowo-kwasowej jednak ich trwałość była bardzo krótka.

8. Dla kogo jest magazyn energii?

Magazyn energii jest dla każdego użytkownika instalacji fotowoltaicznej, który chce w większym stopniu wykorzystywać wyprodukowaną energię oraz miec bezpieczny zapas prądu na wypadek braku zasilania.

9. Po co jest magazyn energii?

Pozwala przechowywać prąd który można wykorzystać w sytuacji braku dostaw oraz lepiej zarządzać prądem który jest produkowany przez panele fotowoltaiczne.

Solidne polskie rozwiązanie

Kompleksowe rozwiązanie dostępu do energii elektrycznej

Szukasz niezależności? Postaw na magazyn energii z fotowoltaiką i elektrownią wiatrową! Nasz inwerter obsługuje instalacje hybrydowe z kilkioma źródłami OZE.

Już teraz zapoznaj się ze specyfikacją magazyn energii od NRG Project i poczuj niezależność. Innowacyjny polski zestaw z dotykowym systemem zarządzania i designerskim wyglądem pasującym do nowoczesnych wnętrz to rozwiązanie dla osób stawiających na ekologię i ekonomię. Zastosuj nasz magazyn energii i zapewnij sobie zasilanie z własnej instalacji fotowoltaicznej przez całą dobę. Już teraz wybierz pojemność, dostępne pojemności to 4,8 kWh i 9,6 kWh. Jeśli chcesz mieć prąd w trakcie awarii i lepiej wykorzystać własny system fotowoltaiki, wybierz większą pojemność 9,6 kwh. Obje pojemności wykonujemy starannie w topowej technologii LiFePO4 zapewniającej tysiące cykli ładowania i rozładowania. Technologia LiFePO4 w połączeniu z inteligentnym BMS-em to bezpieczeństwo, wynikające z rozbudowanej kontroli temperatury ogniw. Magazyn energii można skomunikować ze Smart Home i innymi urządzeniami dzięki rozbudowanej komunikacji CAN i RS485.

 

Magazyn energii - sukces OZE

Co to jest magazyn energii?

Zacznijmy od technicznej definicji, która jest trudna do zrozumienia nawet dla osób znających tematykę ale zapewniamy że dalej już będzie i łatwiej i prościej.
Zasobnik – jest to instalacja (lub instalacje) elektroenergetyczna, która służy do przechowywania prądu mówiąc dla uproszczenia w sposób umożliwiający co najmniej jej częściowe odzyskanie . W jej skład wchodzi kilka modułów– urządzeń współpracujących ze sobą, w tym wykorzystujących technologie umożliwiające, poprzez przemiany energetyczne, magazynowanie.

Cele i zastosowanie w systemie?

Główny cel w Polsce to usprawnienie pracy całego systemu elektroenergetycznego.
Podstawowe obszary zastosowań można zestawić w cztery zbiory:

  •  jako wsparcie dla podsektora wytwórczego – ten punkt zostawimy nieomówiony bo nie dotyczy bezpośrednio zagadnienia.
  •  jako wsparcie dla podsektora przesyłu i dystrybucji energii elektrycznej,
  •  w celu zwiększenia stabilności systemów przesyłowych i dystrybucyjnych (poprawa, ulepszenie, zmniejszenie awaryjności zdolności przesyłowych). Technologie tu preferowane to: baterie akumulatorów sodowo-siarkowych, nadprzewodzące zasobniki energii.
  •  w celu usprawnienie i poprawa procesów sterowania przesyłem energii (kontrolowanie napięć) -technologie tu preferowane to: baterie akumulatorów sodowo-siarkowych, nadprzewodzące zasobniki energii.

Postępowanie inwestycji sieciowych w czasie. Prawidłowe usytuowanie zasobnika w systemie może znacząco opóźnić w czasie potrzebę przeprowadzenia bardzo kosztownych inwestycji związanych z modernizacją linii przesyłowych i dystrybucyjnych w celu dostosowania możliwości technicznych systemu elektroenergetycznego do zwiększającego się zapotrzebowania na energię elektryczną . Technologie stosowane tutaj to: baterie akumulatorów kwasowo-ołowiowych, baterie akumulatorów sodowo-siarkowych, ogniwa paliwowe.

  •  jako wsparcie dla odnawialnych źródeł energii

Usprawnienie i ulepszenie możliwości sterowania OZE, prostsza integracja z systemem elektroenergetycznym, stabilizacja pracy pojedynczych układów generacyjnych bazujących na OZE (łagodzenie negatywnych zjawisk mających miejsce w niestabilnej generacji bazującej na OZE np.: efekt migotania napięcia). Technologie tu stosowane to: superkondensatory, kinetyczne zasobniki energii, technologie bateryjne które opisywać będziemy w dalszej części tekstu.
Kompensacja nadwyżek i niedoborów (gorąca rezerwa) wytworzonej przez wielkie generacje bazujące na OZE (wsparcie dla lokalnych mikrosieci lub/ i miejscowych systemów elektroenergetycznych, wsparcie dla rynku bilansującego). Technologie tutaj stosowane: technologie bateryjne, pneumatyczne zasobniki, średnio-i wysokotemperaturowe ogniwa paliwowe. Przeciwdziałanie stanom dynamicznym, poprawiające pracę hybrydowych układów wytwórczych, np.: w układach turbozespół wiatrowy –generator Diesla. Technologie tu preferowane to: kinetyczne zasobniki energii, technologie bateryjne, pneumatyczne zasobniki .

  •  jako wsparcie dla odbiorcy końcowego
    Wzrost niezawodności i zabezpieczenie zasilania.

Technologie tu preferowane to: baterie VRB, kinetyczne zasobniki (kompozytowe) i najczęściej obecnie stosowane w KSE baterie akumulatorów kwasowo-ołowiowych.
Utrzymanie albo poprawa jakości energii elektrycznej. Technologie tu preferowane to: superkondensatory, kinetyczne zasobniki energii, nadprzewodzące zasobniki energii.
Pokrywanie szczytowego zapotrzebowania na energię -technologie tu preferowane to: baterie akumulatorów kwasowo-ołowiowych, baterie VRB, jak również baterie akumulatorów niklowo-kadmowych oraz LiFePO4.

Magazyn energii elektrycznej typy i moc zainstalowana na świecie.

Poniższe zestawienie ma na celu pokazanie w jaki sposób obecnie na świecie magazynuje się energię
•elektrownia wodne pompowe –141 799 MW,
•Pneumatyczny magazyn energii (elektrownie CAES) –440 MW,
•sodowo –siarkowy –401 MW,
•litowo-jonowy –238 MW,
•kwasowo-ołowiany –80 MW,
•Magazyn energii niklowo-kadmowy –30 MW,
•Kinetyczne magazyn energii –25 MW,
•Magazyn energii przepływowy –46 MW.
Jak wynika z zestawienia magazyn energii LiFePO4, na którym zaraz będziemy się skupiać to bardzo niewielka ok. 1% część całości obejmująca sposoby magazynowania energii.

Dlaczego magazyn energii to przyszłość?

Elektrownie fotowoltaiczne i wiatrowe trwale wpisały się już w polski krajobraz. Jak pokazuje przykład naszych zachodnich sąsiadów drugim etapem będzie optymalizacja wykorzystywania wyprodukowanego prądu. Poniżej przedstawiam dwa kluczowe zastosowania. Pierwszy z nich to domowy mały magazyn energii. Drugi to potężny magazyn energii do farm fotowoltaicznych. Celem każdego z nich jest wykorzystywanie nadwyżek prądu wytworzonego w dzień. To takie skrótowe hasło pokazujące na czym polega magazyn energii. Technologicznie rozwiązanie jest dopracowane, działające i ciągle ulepszane. Na świecie istnieją dziesiątki tysięcy takich instalacji. Polska w tym towarzystwie dogania światową czołówkę.
Magazyn energii to energetyka nisko emisyjna. Znacząco przyczyniają się do realizacji celów polityki UE w zakresie emisyjności energetyki oraz gospodarki. Magazyn energii to konieczny element transformacji energetyki. Magazyn energii nadaje elastyczność funkcjonowania systemu elektroenergetycznego, poprawiają możliwości użycia energii ze źródeł OZE oraz zwiększają bezpieczeństwo działania systemu elektroenergetycznego. Są alternatywą dla inwestycji w rozbudowę i modernizację sieci.
Z technicznego punktu magazyn energii elektrycznej zawsze prowadzi do ulepszenia funkcjonowania systemu elektroenergetycznego. Dokładne przypisanie obszarów aplikacyjnych do poszczególnych technologii umożliwi osiągnięcie celów ekonomicznych. Efektywność ekonomiczna winna być głównym kryterium stosowalności technologii MEE.

Magazyn energii w polskich realiach.

Rozwój technologii w Polsce jest hamowany brakiem odpowiednich prawnych regulacji, które pozwalałyby wykorzystać magazyn energii i świadczyć usługi m.in. energetyce systemowej, która jest obciążona ma problemami bilansowania co raz to większego udziału odnawialnych źródeł w systemie. Tymczasem, nie mamy jeszcze jasno określonej definicji dla pojęcia magazyn energii i magazynowania energii.
Na stosowne regulacje czekamy ale jak to bywa postęp zawsze jest kilka kroków przed regulacjami prawnymi. Oczekiwane regulacje dotyczące magazynów energii są oczekiwane w kilku następnych miesiącach (artykuł jest pisany w lutym 2021). A wracając do magazynów energii.

Film magazyn energii od NRG:

Magazyn energii – Technologia budowy

Magazyn energii to Akumulatory wysokiej jakości do wielokrotnego ładowania są bardzo szeroko stosowane i są przy tym sprawdzoną formą magazynowania. Akumulatory to tak naprawdę magazyn energii bo przechowują energię elektryczną (prąd) w chemicznej postaci. Właściwości są w bardzo skomplikowany sposób zależne od zastosowanych materiałów, procesów ich produkcji i warunków ich eksploatacji. Magazyn energii litowo-jonowy oraz niklowo-metalowo-hybrydowych (NiMH) to starsze technologie, LiFePO4 są jednymi z nowych technologii akumulatorowych, które osiągnęły sukces rynkowy w ostatnich latach. Inne technologie z tego zakresu, to magazyn energii jako: akumulatory sodowo-siarkowe i sodowo-niklowo-chlorowe nie zawojowały rynku, aczkolwiek osiągane parametry uzyskane w badaniach jawią się jako obiecujące. Magazyn energii umożliwia reakcję na zapotrzebowanie mocy w czasie kilku mili sekund i tylko wyjątkowe kondensatory mogą im dorównać. Przeważnie cechują się niewielkimi stratami w trybie „stand-by” i osiągają wysoką sprawność energetyczną w zależności od zastosowania oraz eksploatacji. Magazyn energii mają pojemność i maksymalny pobór mocy, ktróre są oczywiście ściśle ze sobą związane.
Magazyn energii – zastosowania stacjonarne wymagają bardzo wysokich mocy wyjściowych przez krótki okres. Konkurencją dla takich akumulatorów są koła zamachowe, superkondensatory oraz systemy magazynowania w formie  magnetycznej w układach nadprzewodzących (SMES’y). Sensownym kierunkiem rozwoju nowych systemów bateryjnych jest zwiększenie gęstości oraz mocy i czasu życia w realnych warunkach eksploatacji. Stosuje się rozróżnienie pomiędzy „akumulatorami mocy”, gotowych do dostarczania i magazynowania krótkich impulsów mocy oraz akumulatorami, zdolnymi do dostawy dużych wartości przy niższym obciążeniu mocą.

W zastosowaniach stacjonarnych dostępne akumulatory ołowiowo-kwasowe praktycznie nie mają konkurencji, poza LiFePO4. Powoduje to fakt, że ciężar w takich zastosowaniach nie jest czynnikiem krytycznym. Jest to nadal najtańszy z używanych systemów magazyn energii. Cechuje się znaczącym stopniem możliwości recyklingu i praktycznie spełnia większość wymagań. Działy badawcze pracują nad ich udoskonaleniach dla specyficznych i nietypowych zastosowań. Ciągle możliwe są udoskonalenia, zwłaszcza w temacie ich żywotności. Żywotność akumulatorów ołowiowo-kwasowych w trudnych warunkach klimatycznych i przy zdalnych instalacjach zewnętrznych jest jednak absolutnie niezadawalająca, więc stosowane są akumulatory niklowo – kadmowe (NiCd). Powoli znaczna część zastosowanych rozwiązań zaczyna być opierana na technologii magazyn energii LiFePo4.

Dla zastosowań mobilnych badania i testy skupiają się na akumulatorach litowo-jonowych i litowo-polimerowych, a także na akumulatorach niklowo-metalowo-hybrydowych. Magazyn energii NiCd są przeważnie i powszechnie stosowane przy wymaganej wysokiej mocy wyjściowej, np. przy instalacjach elektrycznych do napędu elektronarzędzi. Pobierają one bardzo duże moce w momencie rozruchu. Ważny jest jednak fakt, że zastosowanie kadmu w produktach przemysłowych i konsumpcyjnych stanowi znaczne zagrożenie dla środowiska i ogranicza badania do nowych zastosowań.

Dla pojazdów elektrycznych i hybrydowych działy techniczne firm skupiają się na akumulatorach litowo-jonowych oraz litowo-polimerowych z powodu ich dużych gęstości energii. Mimo bez porównania wyższej masy akumulatory ołowiowo-kwasowe są nadal traktowane jako konkurencyjne dla pojazdów hybrydowych. Powodem tego jest ich znacznie niższy koszt. Magazyn energii kwasowy zawiera materiały silnie toksyczne wiec zawsze powinno się rozważać skutki ekologiczne. Od procesów wydobycia materiałów po ich powtórne przetworzenie oraz nie do końca kontrolowaną gospodarkę wykorzystanymi już akumulatorami. Powszechnie wydaje się, żenie ma nieakceptowalnego ryzyka w czasie użytkowania, ale niezmiernie ważne jest aby wysoki procent akumulatorów trafił do recyklingu a nie do lasu.
Magazyn energii LiFePO4 litowo-żelazowo-fosforanowe należy do rodziny litowo-jonowych. Istotnymi ich cechami są: tolerancja na nieprawidłową pracę, duża gęstość energetyczna, niska waga i wytrzymałość na wielokrotne rozładowywania. Są w pełni bezobsługowe. Z powodu swoich właściwości są stosowane w samochodach elektrycznych, elektronarzędziach i w fotowoltaicznych układach zasilania z panelami słonecznymi. Magazyn energii LiFePO4 zwalnia użytkowników na wiele lat z konieczności wymiany akumulatora oraz z czynności serwisowych, które zmuszeni jesteśmy wykonywać przy standardowym akumulatorze żelowym tj. doładowywać w okresie składowania – jesień/ zima oraz dopilnowanie aby wspomniane doładowanie było regularne. Druga ich cecha to żywotność sięgająca nawet 20 lat co jest cechą absolutnie nieosiągalną w starych technologiach. Jeszcze inna właściwość, magazyn energii LiFePO4 to znacząco większe bezpieczeństwo względem starszych technologii.

Typy

Ogniwa dzielimy zwyczajowo na pierwotne i wtórne. Ogniwa pierwotne (baterie) są całkowicie naładowane podczas produkcji i nie ma możliwości ich ponownego ładowania. Baterie mają tylko pomocniczą rolę magazynowania energii, tu za przykład mogą posłużyć baterie podtrzymujące zegar komputera sterującego lub baterie zapasowe w czujnikach dymu lub miernikach energii. Ogniwa wtórne to są akumulatory ładowalne, są więc jedynymi typami ogniw, z których korzysta magazyn energii.

Najczęstsze typy akumulatorów – Akumulatory kwasowo-ołowiowe (samochody itp.)

Akumulatory kwasowo-ołowiowe są od stu lat najczęściej stosowane w różnych systemach magazynowania i w tym zastosowaniu nie miały konkurencji do przełomu XX i XXI wieku. Wtedy to dostępne stały się akumulatory litowo-jonowe. Akumulatory kwasowo-ołowiowe są zwykle stosowane w zasilaczach UPS (z powodu relatywnie niskich kosztów w przeliczeniu na jednostkę). Były również w dawniej także stosowane do wspomagania sieci. W tym momencie ich użycie jest dość ograniczone. Najbardziej uznanym systemem był akumulator 17 MW/14 MWh BEWAG pracujący w Berlinie, który w latach 1987–1995 regulował częstotliwość i rezerwę mocy w sieci, nie mającej wtedy połączenia z resztą Niemiec.
Są różne rodzaje akumulatorów ołowiowych (mokre, żelowe, AGM, Advanced Lead Acid) wszystkie wykorzystują taką samą reakcję chemiczną ładowania/rozładowania, które przedstawiono poniżej.
W procesie rozładowywania akumulatora kwasowo-ołowiowego reakcje przebiegają od lewej do prawej strony. Reakcja ładowania ma kierunek odwrotny. Podczas rozładowywania ołów w płycie ujemnej jest utleniany ze stanu wolnego do stopnia utlenienia +2, i tworzy siarczan ołowiu. Ołów w płycie dodatniej jest redukowany ze stopnia utlenienia +4 do +2, przechodząc z ditlenku ołowiu w siarczan ołowiu. Podczas rozładowywania zużywany jest kwas siarkowy zawarty w elektrolicie. Mimo, że nie wynika to wprost z powyższych reakcji, transport ładunku wewnątrz ogniwa (wewnętrzny transport ładunków) odbywa się przez transport jonów wodorowych w elektrolicie.
Przeładowanie w akumulatorach kwasowo-ołowiowych polega na elektrolizie wody w elektrolicie. Prowadzi ona do (nieznacznej) utraty wody i przyspieszonej korozji płyty dodatniej przez wysokie stężenie tlenu w ogniwie. Utratę wody można kompensować przez okresowe dolewanie do akumulatorów mokrych wody zdemineralizowanej lub, w zamkniętych akumulatorach zaworowych, przez cykl rekombinacji tlenu. W przypadku niezrównoważenia stanu naładowania w akumulatorach, należy go skorygować przez podłączenie wydłużonego ładunku do szeregu. Reakcja przeładowania zajdzie w ogniwach o wysokim stanie naładowania a ogniwa niedoładowane naładują się.
Akumulatory kwasowo-ołowiowe oparte są na sprawdzonej i dobrze opracowanej technologii. produkcja, procesy i błędy w działaniu tychże akumulatorów zostały doskonale opisane w ciągu 150 lat prac rozwojowych. Jest mało prawdopodobne, że w przyszłości nastąpią ważne zmiany w dziedzinie redukcji kosztów, gęstości energii czy czasu eksploatacji takich akumulatorów. Akumulatory kwasowo-ołowiowe są technologią dominującą w zasilaczach UPS.
Istnieją też zaawansowane akumulatory kwasowo-ołowiowe. Akumulatory te korzystają z nowoczesnych surowców i technik konstrukcyjnych umożliwiających rozwiązanie wielu problemów typowych dla tradycyjnych akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Przez to mogą być stosowane tam, gdzie dotąd było to niemożliwe. Pośród korzyści płynących z zastosowania technik – ramy stalowe, płytki karbonowe, płytki bipolarne itp., można wspomnieć lepszy cykl głębokiego ładowania i rozładowywania, krótszy czas natychmiastowego ładowania i rozładowywania i umożliwienie produkcji kompaktowych akumulatorów wysokonapięciowych. Te technologie nie okazały się sukcesem rynkowym.
Magazyn energii litowo-jonowy
Nazwa akumulatory litowo-jonowe jest nieco myląca, z tego względu, że nie odnosi się do danego typu akumulatora ze zdefiniowaną parą reakcji ładowania/rozładowania, tak jak to jest w akumulatorach kwasowo-ołowiowych, ale do całej gamy akumulatorów, które do wewnętrznego transportu ładunków używają jony litu. A wiec magazyn energii określany jako Li-Ion miewają bardzo zróżnicowane właściwości. Właściwością łączącą te akumulatory, jest fakt, że ich katoda — jak i również anoda — działa na zasadzie interkalacji. Jony litu nie są chemicznie powiązane z żadną substancją, ale wnikają w pory materiału i łączą się na jego powierzchni. W konsekwencji do konstrukcji akumulatorów Li-ion nadają się najbardziej materiały o otwartej strukturze i ogromnej powierzchni. Takim właśnie tanim materiałem na anodę może być grafit — dzięki swojej porowatej strukturze.
Związek litowo-węglowy nie jest tworzony podczas ładowania, bo dodatnio naładowane jony litu są interkalowane w środku struktury anody, węgiel zawiera dodatkowe elektrony, aby zachować obojętny ładunek całej anody. Przy rozładowaniu, kiedy jony litu są uwalniane z anody, uwalniają się również dodatkowe elektrony zawarte w węglu w celu zachowania obojętnego ładunku anody. Węgiel i jony litu nie ulegają w tym czasie chemicznym przekształceniom.
Przeciwnie do anody węglowej, podczas ładowania jony litu na anodzie LTO tworzą związek chemiczny. Przez to jej skład chemiczny po rozładowaniu jest inny, niż po naładowaniu. Z racji tej zmiany chemicznej następuje również zmiana strukturalna i ta kompensuje prawie całkowicie przyrost objętości spowodowany dodatkowymi jonami litu. W rezultacie jest niemal całkowity brak zmiany objętości anody w zależności od stanu naładowania. Katoda akumulatora litowo-jonowego stosuje interkalację do wiązania jonów litu, jednak tutaj jon metalu lub mieszanina jonów różnych metali będących częścią związku chemicznego (tlenku lub soli) wchodzi w reakcję utleniania-redukcji.
W celu zachowania obojętnego ładunku katoda musi zaabsorbować jeden elektron na każdy jon litu wiązany przez interkalację. Przez związanie elektronu podczas rozładowania substancja HOST jest redukowana elektrochemicznie i zyskuje ładunek ujemny. Jon litu nie bierze udziału w tej reakcji, jego rolą jest zachowanie równowagi ładunku przez interkalację, przez co otrzymujemy obojętny ładunek katody. Nazwy akumulatorów litowo- jonowych pochodzą od substancji HOST.
Do budowy ogniw litowo-jonowych mogą być wykorzystyane same tlenki niklu, manganu i kobaltu. Katoda może być także zbudowana z mieszaniny tych tlenków. Taka katoda jest katodą NMC. Katody tego typu są często używane do zapewniania gęstości energii na poziomie podobnym do tego, który zapewniają ogniwa z tlenkiem kobaltu, a przy tym zapewniając bezpieczeństwo porównywalne z ogniwami z tlenkiem manganu. Warto zauważyć, że magazyn energii (katoda)  zawsze zawiera jony litu, nawet gdy jest całkowicie naładowany. Całkowicie delitowana katoda jest niestabilna, szybciej się starzeje i jest podatna na uszkodzenia termiczne. Dlatego w całkowicie naładowanym ogniwie na katodzie pozostaje zawsze od 20% do 50% jonów litu.

Woda nie jest stosowana jako elektrolit w magazynie energii litowo-jonowym. Po pierwsze, potencjał ogniw jest zbyt wysoki, by mógł być wykorzystywany z elektrolitem wodnym. W wyniku elektrolizy woda zostałaby rozdzielona na dwa pierwiastki – wodór i tlen. Druga rzecz to to, że anoda z interkalowanymi jonami litu wykazuje reaktywność zbliżoną do litu jako metalu. Ta sytuacja pokazuje, że podczas ładowania zachodziłaby reakcja anody z elektrolitem wodnym skutkująca powstaniem wodorotlenku litu i wodoru w stanie gazowym więc jako elektrolitu używa się rozpuszczalnika niepolarnego.
Inaczej od akumulatorów o składzie na bazie wody (tj. akumulatorów kwasowo- ołowiowych i różnych rodzajów akumulatorów niklowych), na ogniwach litowo-jonowe nie jest wykonalne przeprowadzenie bezpiecznej i zrównoważonej reakcji przeładowania. Przeładowanie ogniw litowo-jonowych powoduje nadmierne usunięcie litu z katody, osadzenie się litu na anodzie i rozkład elektrolitu. Te procesy całkowicie uszkadzają ogniwo i mogą prowadzić do niestabilności cieplnej, a wiec do zapłonu akumulatora. Z tego powodu magazyn energii musi być wyposażony w system zarządzania (BMS). Wspomniany system umożliwia pomiar napięcia poszczególnych ogniw, sprawdzanie temperatury i korektę niezrównoważenia stanu naładowania komór akumulatora bez konieczności przeładowania. Zaprzestanie rozładowywania lub redukcji prądu ładowania akumulatora podejmuje się, gdy tylko napięcie pierwszego ogniwa osiągnie wartość zaprogramowaną dla zakończenia ładowania lub rozładowywania. Dlatego jakiekolwiek niezrównoważenie stanu naładowania akumulatora skutkuje pozorną utratą jego pojemności. Nierównowaga musi zostać skorygowana poprzez system BMS. W akumulatorach kwasowo-ołowiowych system BMS jest nieczęsto stosowany na poziomie ogniw, a niezrównoważenie jest kompensowane poprzez celowe przeładowanie akumulatora.
Litowo-jonowy magazyn energii są zawsze zamykane w całkowicie hermetycznej osłonie, bo wystawienie na działanie wody i tlenu w atmosferze szybko doprowadziłoby do uszkodzenia elementów składowych. W przypadku przeładowania lub innego zdarzenia skutkującego wzrostem ciśnienia gazu urządzenie odcinające dopływ prądu (CID) wewnętrznie rozłącza ogniwo z zewnętrznymi połączeniami. W ogniwach pryzmatycznych niekiedy służy do tego dysk wypychany na zewnątrz przez nadmierne ciśnienie gazu. Do dysku przyłączony jest dodatnio naładowany wypust, który w takiej sytuacji przerywa połączenie. W ogniwach cylindrycznych zwężenie w obwodzie ściany ogniwa umożliwia jego wydłużanie się, co skutkuje przerwaniem wewnętrznego połączenia.
Magazyn energii – rzadziej spotykane rodzaje akumulatorów
Magazyn energii sodowo-siarkowy
Aktualnie magazyn energii sodowo-siarkowy na skalę komercyjną wytwarza wyłącznie japońska firma NGK Insulators. W tych akumulatorach na anodzie stosuje się roztopiony sód, a na katodzie — roztopioną siarkę, przy czym za warstwę rozdzielającą służy cylindryczna membrana z porowatego tlenku aluminium. Membranę umieszcza się wewnątrz cylindra ze stali nierdzewnej, który stanowi zewnętrzną ścianę ogniwa. Pierścieniowata przestrzeń między membraną a cylindrem jest wypełniana siarką, a wnętrze cylindrycznej membrany zawiera sód. Podczas rozładowywania sód jest utleniany i pod postacią jonów dodatnich migruje przez separator z β-aluminium do zbiornika z siarką. Tam, łącząc się z siarką redukowaną na biegunie ujemnym, tworzy związki siarczku sodu. Aby ogniwo działało, wszystkie reagenty muszą być w stanie ciekłym, co oznacza, że standardowa temperatura robocza dla tego ogniwa to około 300°C.

Magazyn energii niklowy
Akumulatory niklowe są wykorzystywane w instalacjach o większej skali szybko stają się przestarzałym rozwiązaniem z uwagi na ich wysoką cenę. Akumulatory niklowo-kadmowe do zastosowań wymagających wysokiej mocy chwilowej i niezawodności w szerokim zakresie temperatur utrzymały się na rynku, ale z uwagi na toksyczność kadmu, są one w miarę możliwości stopniowo wycofywane. Akumulatory niklowo-metalowo- wodorowe pod względem niezawodności mają niewielką przewagę nad konwencjonalnymi mokrymi akumulatorami kwasowo-ołowiowymi. Jednakże są one droższe. Z tego względu, jak również z uwagi na coraz większą konkurencję ze strony systemów litowo-jonowych, w systemach magazynowania energii podłączonych do sieci akumulatory niklowe stosuje się coraz rzadziej.
Akumulatory z wykorzystaniem roztopionej soli
Kolejny akumulator wysokotemperaturowy to akumulator sodowo-niklowo-chlorkowy. Akumulator ZEBRA wprowadzony na rynek przez firmę FIAMM to wersja komercyjna akumulatora o takim składzie chemicznym. Aktualnie ich udział na rynku jest bardzo nieduży.
Inne typy akumulatorów
Akumulatory opisane poniżej zasługują tylko na wzmiankę.
• Magazyn energii cynkowo-powietrzny na anodzie stosuje metaliczny cynk, a katoda jest powietrzna. Z powodu tego, że reagent katody nie musi znajdować się wewnątrz ogniwa, akumulatory te uzyskują wysoką objętościowo gęstość energii. Ich całkowita efektywność energetyczna jest znacząco mniejsza niż w przypadku akumulatorów litowo-jonowych (których udział w rynku aktualnie wynosi 75%).
• Akumulatory wykorzystujące słoną wodę to akumulatory sodowo-jonowe z wodnym elektrolitem. Aktualnie na rynku dostępne są tylko akumulatory jednego producenta — firmy Aquion.
Magazyn energii przepływowy
Standardowe akumulatory zbudowane są z ogniw, w których zamknięte są wszystkie materiały. Reagenty są zwykle w stanie stałym (aczkolwiek nie jest to reguła). Ale w akumulatorach przepływowych reagent dodatni oraz ujemny są magazynowane na zewnątrz ogniwa. Owo ogniwo składa się z membrany jonowymiennej, która rozdziela reagent dodatni od ujemnego, umożliwiającą wymianę jonów (najczęściej jonów dodatnich) między ujemną i dodatnią połową ogniwa. Na obu połowach ogniwa znajdują się odbieraki prądu zapewniające połączenia elektryczne. Reagenty, które są rozpuszczone, zawieszone lub skompleksowane w cieczy, pompuje się ze zbiorników przez obie połowy ogniwa. Reagent ujemny nazywany jest anolitem a dodatni — katolitem. Magazyn energii przepływowy składa się z kilku ogniw połączonych elektrycznie w szereg. Takie połączenie szeregowe zazwyczaj ma postać kilku warstw pojedynczych ogniw przepływowych nazywanych stosem ogniw.
Główną zaletą wspomnianego rozwiązania jest niemal całkowita niezależność pojemności od mocy akumulatora. Osiągalna moc jest zależna od wielkości zastosowanych ogniw, a pojemność — od ilości elektrolitu w zbiornikach. Zwiększenie ceny systemu w przeliczeniu na kolejne kWh może być bardzo niskie. Ale z uwagi na poziom skomplikowania rozwiązania polegającego na pompowaniu cieczy reaktywnych przez system i wysoki koszt stosów ogniw, koszty w przeliczeniu na jednostkę mocy są znacznie wyższe w porównaniu do tradycyjnych akumulatorów. Dlatego akumulatory przepływowe są korzystnym rozwiązaniem głównie w sytuacji zastosowań, w których czas ładowania/rozładowywania to co najmniej kilka godzin.
Liczba reakcji chemicznych, które mają miejsce w obecnie używanych akumulatorach przepływowych, jest zbyt duża, aby je tutaj.
Największą wadą akumulatorów przepływowych jest ich niska gęstość energii. Technologia cały czas rozwija się. Mimo ciągłych postępów, objętościowa gęstość energii którą można osiągnąć nadal jest ograniczona, bo reagenty muszą być zmieszane z płynnym nośnikiem, nie biorącym udziału w reakcji wytwarzania magazynowanej energii. Z powodu tego, że połowa jego reagentów jest w stanie stałym, gęstość energii akumulatora cynkowo-bromowego jest porównywalna lub nieco wyższa niż w przypadku akumulatora kwasowo-ołowiowego. Akumulatory o innym składzie chemicznym charakteryzują się niższą gęstością energii. Zmniejsza to możliwości ich wykorzystania w zastosowaniach stacjonarnych.
Kondensatory
Kondensatory i akumulatory to dwa zupełnie inne produkty. W kondensatorach energia jest magazynowana w polu elektrycznym, a w akumulatorach magazynowanie energii odbywa się w skutek odwracalnej reakcji elektrochemicznej. Nowe rozwiązania, takie jak np.: elektryczny kondensator dwuwarstwowy i kondensator litowo-jonowy, sprawiają, że ta różnica nie jest już tak wyraźna. Pod względem połączeń elektrycznych urządzenia te funkcjonują tak jak tradycyjne kondensatory, ale ich pojemność jest o trzy do czterech rzędów wielkości wyższa (licząc w tysiącach faradów) od pojemności zwykłych kondensatorów, podczas gdy ich napięcie robocze jest na poziomie kilku woltów, podobnie jak w przypadku akumulatorów. Z powodzeniem używa ich się do regulacji częstotliwości oraz jako elementy trakcji kolejowej służące do podtrzymywania napięcia. Mniej nadają się do zastosowań o dłuższym czasie ładowania z uwagi na niską objętościową gęstość energii i wysoki koszt w przeliczeniu na jednostkę magazynowanej energii.

Magazyn energii – Możliwości wykorzystania poszczególnych technologii Li-ion oraz LiFePo4

Technologie Li-ion (ogniwa litowo-jonowe) a także LIFePo4 sprawdzają się w Uelastycznieniu działania sieci elektroenergetycznej. Zastosowania w tej roli to:
magazyn energii dobowy (dzienne), przesunięcie szczytu zapotrzebowania na moc – podaż godzinowa, Gospodarstwa domowe (prosumenci)
Transport drogowy i spedycja. Wymagania: lekkie, wysoka gęstość energii, wysokie napięcie – Autonomiczna infrastruktura off-grid oparta na OZE wspierająca rozwój elektromobilności (obszary międzymiastowe, parki krajobrazowe, Natura 2000 etc.)
Lotnictwo i żegluga morska. Wymagania: wysoka gęstość energii, wysokie napięcie – Autonomiczne, zeroemisyjne jednostki pływające oparte na energii z OZE Nisko- oraz zeroemisyjne lotnictwo bazujące na rozwiązaniach OZE, m.in. elastyczne PV.
Bezpieczeństwo energetyczne w mikrosieciach – Ograniczenie strat przesyłu na obszarach o niskiej gęstości zaludnienia; Zapewnienie jakości zasilania. Ochrona odbiorców przed krótkotrwałą utratą mocy, zmianą napięcia zasilania bądź częstotliwości na obszarach o niskiej gęstości zaludnienia; Zapewnienie niezawodności zasilania w energię elektryczną (ograniczenie skutków blackout-u), szybkie przywrócenie zasilania na obszarach konfliktów zbrojnych oraz klęsk żywiołowych (m.in. powodzi, tornad, pożarów.

fotowoltaika i magazyn energii

Ulgi i dopłaty warunkiem rozwoju

U naszych zachodnich sąsiadów już ponad dwadzieścia lat temu  państwo zaczęło wspierać rozwój instalacji fotowoltaicznych plus magazyn energii. Rozwiązania w Polsce są dwa kroki za niemieckimi ale jak wspominałem o uwarunkowaniach prawnych wiele może się w tym zakresie zmienić. Najbardziej znany program „mój prąd”, szereg programów wsparciowych dla rolników i ulg podatkowych. W efekcie i u nas i u naszych sąsiadów  od czasu rozpoczęcia wsparcia  notuje się coroczny przyrost  ilości mocy generowanej dzięki fotowoltaice. Utrzymaniu rozwoju branży w nadchodzącym roku potrzebne będą m.in. dopłaty odnoszące się do rynkowych cen odsprzedawanych nadwyżek. Takie postępowanie znacząco  zmniejszy niepewność związaną z opłacalnością inwestycji w OZE  i zwiększy  dostępność kredytów i pożyczek  na instalacje fotowoltaika plus magazyn energii. Rozwojowi rynku  z pewnością pomoże też nowa edycja programu „Mój Prąd”, która w przewidywaniu powinna być  uzupełniona o rozwiązania wspomagające zagospodarowanie wytworzonego prądu oraz ułatwiające wykorzystywanie i nadzór nad systemem fotowoltaika plus magazyn energii.

Rozwój fotowoltaiki plus magazyn energii i wzrosty udziału OZE w mixie energetycznym Polski

Run na fotowoltaikę w naszym kraju  napędziły m.in. nowelizacja ustawy o OZE, która zmieniła definicję prosumenta a także spadek cen paneli fotowoltaicznych i osprzętu, rządowe programy takie jak Energia Plus i Mój Prąd, który okazał się jednym z  największych w UE projektem dofinansowania do prosumenckich instalacji PV o mocy w przedziale 2–10 kW. Budżet programu powiększony do 1,1 mld zł  wyczerpał w grudniu (NFOŚiGW podaje, że pod koniec funkcjonowania programu liczba składanych wniosków dochodziła nawet do 2 tys. dziennie).  W bieżącym roku powinna wystartować jego nowa odsłona, która ma być poszerzona o dotacje na budowę przyłączy ładowania dla samochodów elektrycznych oraz magazyn energii.

Jak podaje Polskie  Towarzystwo Przesyłu i Rozdziału Energii Elektrycznej, przytaczanych przez resort rozwoju danych, w Polsce na koniec 2020 roku pracowało około 457,4 tys. mikroinstalacji  (dla porównania  w połowie ub.r. było ich tylko ok. 262,3 tys.) o łącznej mocy ok. 3006 MW. Stanowi to wzrost o ponad 28 proc. względem III kwartału ub.r. i aż o 196 proc. Porównując z końcem 2019 roku.

Obecnie w segmencie prosumenckich mikroinstalacji fotowoltaicznych jest widoczny największy przyrost nowych mocy, w których nie jest uwzględniony magazyn energii. Dzięki aukcyjnemu systemowi wsparcia od kilku lat rozwijają się też farmy fotowoltaiczne.

Ilość prądu wyprodukowana przez farmy fotowoltaiczne stanowiła do niedawna  niecałe 20 proc. energii słonecznej zainstalowanej w Polsce. Jednak szacuje się, że osiągniemy model funkcjonujący na Zachodzie, gdzie stosunek prądu uzyskiwanego z farm w stosunku do ilości prądu pozyskiwanego z  domowych źródeł fotowoltaicznych jest w miarę zrównoważony.

Rozwój fotowoltaiki w naszym kraju tak jak całego rynku OZE – napędzany jest w ostatnich latach przez unijną politykę klimatyczną, oraz fakt, że energia ze słońca może być po prostu tańsza niż z innych źródeł. Dlatego też  przydomowa instalacja fotowoltaiczna stała się już bardzo popularnym sposobem na produkcję ekologicznej energii i zmniejszenie wysokości rachunków za prąd.

Inwestycja w fotowoltaikę zapewnia duże korzyści finansowe – i to już od uruchomienia instalacji. Po pierwsze to zmniejszamy opłaty za energię elektryczną, co powoduje, że sama inwestycja zwraca się dość szybko. Oceniamy, że właściwie zaprojektowana i wykonana instalacja fotowoltaiczna może zwrócić  się  w ciągu 6-7 lat. Kolejna korzyść dla inwestora to także wzrost wartości samej nieruchomości, bo instalacja fotowoltaiczna jest postrzegana jako inwestycja smart w nieruchomość, co podnosi jej wartość rynkową.

Obecnie widzimy również rosnące zainteresowanie na instalacje fotowoltaiczne ze strony tzw. rynku komercyjnego. Przedsiębiorcy, szukając alternatywy dla rosnących cen prądu, wybierają właśnie takie rozwiązania. W dużym stopniu uchronią one przed wzrostem kosztów, zwiększą świadomość proekologiczną i przygotują na kolejny etap, w którym  pojawią się kwestie magazynowania energii.

Zarządzający firmami zwracają znaczną uwagę na koszty, w których energia elektryczna stanowi znaczącą pozycję. Podwyżki cen prądu oraz ogólna sytuacja z COVID-19 nierzadko odbiła się na finansach przedsiębiorstw. Skłoniła je więc do szukania oszczędności i znajdowania miejsca do obniżania bieżących kosztów utrzymania nieruchomości i działalności. Inwestycja we własne źródło OZE (przede wszystkim w PV) stwarza taką możliwość, a istniejące na rynku programy wsparcia umożliwiają finansowanie tego przedsięwzięcia przy niewielkim nakładzie czyli bez angażowania dużego kapitału.

Taka inwestycja zwykle wykorzystuje połacie dachowe, które zwykle poza systemami wentylacyjnymi czy klimatyzacją pozostają niezagospodarowane. Fotowoltaika umożliwia ich wykorzystanie – bez dodatkowego ponoszenia kosztów na np.: zakup lub dzierżawę  gruntów czy rozbudowę przedsiębiorstwa – w celu obniżki kosztów działań operacyjnych oraz osiągnięcia większego poziomu niezależności energetycznej.

Branża fotowoltaiczna inwestuje w nowe technologie bo musi to robić aby podążać za trendami światowymi. Moduły stają się co raz to bardziej wydajne, zmienia się technologia ich wytwarzania, są ulepszane inwertery a nawet konstrukcje montażowe. Magazyn energii staje się nierozłącznym urządzeniem wspomagającym fotowoltaikę.

 

Polityczne aspekty Impulsu do dekarbonizacji

Energia uzyskana z OZE to coraz większa część europejskiego i polskiego koszyka energetycznego. Aby jak najlepiej ją wykorzystać skupiamy się na znalezieniu jak najefektywniejszych metod magazynowania między innymi np. w postaci baterii domowych zwanych domowymi magazynami energii.
Projekty strategii magazynowania mają odegra
kluczową rolę w realizacji celów porozumienia paryskiego dotyczącego zmiany klimatu.
Przechowywanie wyprodukowanego prądu ma olbrzymie znaczenie dla przejścia na gospodarkę bezemisyjną opartą praktycznie całkowicie na odnawialnych źródłach. Oczywistym jest że nie zawsze możliwe jest uzyskanie potrzebnej nam ilości prądu z wiatru i słońca a wiec trzeba znaleźć sposób aby móc ją przechowywać. Oczywistym urządzeniem staje się tutaj właśnie magazyn energii. Poza będącymi już w użyciu, sprawdzonymi rozwiązaniami takimi jak elektrownie szczytowo-pompowe, są inne, których będzie widoczny wzrost znaczenia w przyszłości. To są całkiem nowe technologie produkcji baterii i akumulatorów, magazynowanie termiczne oraz zielony wodór. Oczekuje się, że uzyskają one dostęp do rynku, i jako kolejna nowsza technologia zapewni podaż energii na oczekiwanym poziomie.
Zielony wodór
Istnieje ciągle wiele przeszkód regulacyjnych, utrudniających rozwój projektów w dziedzinie magazynowania energii. To między innymi podwójne opodatkowanie, niedociągnięcia unijnych kodeksów sieci przesyłowych. Należy dokonać przeglądu sieci energetycznej i Polskiej i Europejskiej pod kątem spełniania kryteriów kwalifikowalności. Powinny one obejmować wszystkich chcących zakładać instalacje magazynowania.
Uwagę ściąga potencjalne wykorzystywanie wodoru produkowanego z odnawialnych źródeł (tzw. zielonego wodoru). Należy wspierać badania naukowe w dziedzinie rozwoju gospodarki wodorowej. Być może środki wsparcia sprawią, że cena zielonego wodoru zmniejszy się i ta dziedzina stanie się opłacalna. Obecnie również sprawdza się, możliwość dostosowania infrastruktury gazowej do transportu wodoru. Założenia są takie ponieważ wykorzystywanie gazu ziemnego ma mieć charakter przejściowy a wiec będzie się stopniowo zmniejszać.

magazyn energii 1 MW

Kontenerowy magazyn energii do instalacji hybrydowych

W związku z planowanymi aukcjami hybrydowymi, wprowadziliśmy do oferty duży magazyn energii > 0,5 MW w technologii LiFePO4. Nasza technologia pozwoli użytkować magazyn energii przez kilka tysięcy cykli, jest to solidne rozwiązanie na lata. Magazyn energii i oprogramowanie  powstało przy współpracy z renomowanymi firmami IT dostarczającymi rozwiązania dla energetyki.

Domowy magazyn energii.

Domowe instalacje fotowoltaiczne zwykle posiadają wielkości 3-15 kWp. Stosowny do niej magazyn energii powinien mieć pojemność około 10 kWh / 200Ah. Co to oznacza dla przeciętnego użytkownika? Przy zoptymalizowaniu wszystkich elementów w ciągu słonecznej części roku przy założeniu normalnych warunków pogodowych instalacja solarna jest w stanie zaspokoić całość zapotrzebowania domu na energie elektryczną oraz zgromadzić nadwyżkę w magazyn energii. Wspomniany magazyn energii naładowany najczęściej przez instalacje solarną lub wiatrową pełni kilka pożądanych funkcji. Funkcje te są do uzyskania w momencie ustawienia właściwych trybów działania które są zmienne i zależne od wielu czynników np.: pora roku. Mówimy tu na razie wyłącznie o zaletach widocznych dla użytkownika czyli mieszkańca domu.

Co zyskuje użytkownik indywidualny na zestawie fotowoltaika i magazyn energii?

Bezpieczeństwo – W razie awarii zasilania inwerter przełącza tryb działania i magazyn energii zasila dom.
Niezależność – W nocy lub w pochmurny dzień gdy produkcja prądu przez panele fotowoltaiczne nie odbywa się lub jest zbyt niska można pobierać energię „darmową” zgromadzoną wcześniej.
Oszczędność – Poza kosztami początkowymi – użytkownik nie ponosi żadnych kosztów przez co najmniej okres gwarancji czyli 10 lat. Przy optymalnie skonfigurowanej instalacji rachunki za prąd spadną o połowę a nie uwzględniamy produkcji sprzedaży energii do zakładu energetycznego.

Ochronę Środowiska – Czysta energia bez śladu węglowego. Magazyn energii z fotowoltaiką.

Zarabianie pieniędzy – Poza sprzedażą prądu do Zakładu Energetycznego wytworzonego przez panele istnieje możliwość ładowania Magazynu Energii z sieci tańszym nocnym prądem i wykorzystywanie go w dzień.
Aby osiągnąć te korzyści – podkreślę to raz jeszcze należy optymalnie skonfigurować instalację, dobrać inwerter i odpowiedniej wielkości magazyn energii.

Ekologiczne aspekty Impulsu do dekarbonizacji

Energia uzyskana z OZE to coraz większa część europejskiego i polskiego koszyka energetycznego.  Aby jak najlepiej ją wykorzystać  skupiamy się na znalezieniu jak najefektywniejszych metod magazynowania energii  między innymi  np. w postaci   baterii domowych zwanych domowymi magazynami energii.

Projekty strategii magazynowania energii  mają odegrać kluczową rolę w realizacji celów porozumienia paryskiego dotyczącego zmiany klimatu.

Przechowywanie wyprodukowanej energii ma olbrzymie znaczenie dla przejścia na gospodarkę bezemisyjną opartą praktycznie całkowicie na odnawialnych źródłach energii. Oczywistym jest że nie zawsze możliwe jest uzyskanie potrzebnej nam ilości energii elektrycznej z wiatru i słońca a wiec trzeba znaleźć sposób aby móc ją przechowywać. Oczywistymi stają się tutaj właśnie magazyny energii. Poza będącymi już w użyciu, sprawdzonymi rozwiązaniami takimi jak elektrownie szczytowo-pompowe, są inne, których będzie widoczny wzrost znaczenia w przyszłości. To są całkiem nowe technologie produkcji baterii i akumulatorów, magazynowanie termiczne oraz zielony wodór. Oczekuje się, że uzyskają one  dostęp do rynku, i jako kolejna nowsza technologia zapewni podaż energii na oczekiwanym poziomie.

Zielony wodór

Istnieje ciągle wiele przeszkód regulacyjnych, utrudniających  rozwój projektów w dziedzinie magazynowania. To między innymi  podwójne  opodatkowanie,   niedociągnięcia unijnych kodeksów sieci przesyłowych. Należy dokonać przeglądu   sieci energetycznej i Polskiej i Europejskiej pod kątem spełniania kryteriów kwalifikowalności. Powinny one obejmować wszystkich chcących zakładać instalacje magazynowania energii.

Uwagę ściąga  potencjalne wykorzystywanie wodoru produkowanego z odnawialnych źródeł (tzw. zielonego wodoru).  Należy wspierać badania naukowe w dziedzinie rozwoju gospodarki wodorowej. Być może  środki wsparcia sprawią, że cena zielonego wodoru zmniejszy się i ta dziedzina stanie się opłacalna. Obecnie również sprawdza się, możliwość  dostosowania infrastruktury gazowej do transportu wodoru. Założenia są takie  ponieważ wykorzystywanie gazu ziemnego ma mieć  charakter przejściowy a wiec  będzie  się stopniowo zmniejszać.

Z czego zbudowany jest Magazyn Energii?

Producent – firma NRG Project w swojej ulotce produktowej opisuje rozwiązanie w poniższy sposób:
BOX 5.0 oraz jego bardziej zaawansowana jego wersja 5.1 a także o większej pojemności /10.0 i 10.1 to modułowe systemy magazynowania w oparciu o technologię LiFePo4. Przechowuje nadwyżkę uzyskanej z OZE (najczęściej słonecznej) do wykorzystania. Wytworzony prąd jest kierowany do systemu magazynowania oraz / lub kierowana do sieci publicznej poprzez inwerter. Zgromadzony w modułach prąd jest dostępny na życzenie klienta np.: w porze wieczorowej, w nocy lub w pochmurne dni. Dzięki temu systemowi – NRG BOX 5.0 5.1/10.0 10.1 prosumenci energii słonecznej stają się niezależni od ceny u operatora i korzystają z domowego zapasy w  sposób ekologiczny, gdy jej potrzebują.
Możliwych technologii jest wiele jednak obecnie dominującą stają się baterie LiFePo4, które są nowocześniejsze.

Odpowiedni inwerter przystosowany do pracy z magazynem energii

Inwerter  to serce instalacji. Zmienia prąd stały wyprodukowany przez panele na prąd zmienny.  Inwerter  inaczej falownik może być jednofazowy i taki jest stosowany właśnie w instalacjach elektrycznych w małych domkach, działkach lub trójfazowy czyli taki stosowany w normalnych instalacjach. Oprócz tego podziału istnieje również podział ze względu na działanie. I tak wyspowe czy off-grid to takie które działają bez udziału sieci przesyłowych i bezpośrednio zasilają lokalne odbiory elektryczne. Inwertery on-grid czyli takie które umożliwiają przesył wytworzonego prądu do sieci przesyłowej (Zakładu Elektrycznego). Inwertery działają autonomicznie. Po instalacji należy tylko co jakiś czas dokonać kontroli stanu urządzenia czyli sprawdzenia czy wystąpiła jakaś usterka.

Nie wszystkie inwertery posiadają wyjście na magazyn energii.  Te które mają taką możliwość potocznie zwane są Hybrydowymi. Na rynku jest bardzo szeroki wybór inwerterów a ich cena waha się pomiędzy  3-15 tysięcy. Jest duża liczba tanich chińskich urządzeń które nie są polecane przez fachowców aż po profesjonalne rozwiązania które oferują całą gamę elastycznych trybów pracy. Fachowcy polecają raczej europejskich producentów np.:. NRG Project  którzy posiadają w ofercie sprawdzone rozwiązania z długim okresem gwarancji.

magazyn energii system

Analiza obecnej sytuacji, magazyn energii i OZE, trendy rynkowe.

Instytut Energetyki Odnawialnej prognozuje, że już w 2025 roku moc zainstalowana paneli fotowoltaicznych w naszym kraju osiągnie 7,8 GW. Ubiegłe 12 miesięcy pokazało, że wzrost branży okazuje się znacząco mocniejszy od rynkowych prognoz pomimo pandemii COVID-19. W grudniu 2020 moc zainstalowanych paneli fotowoltaicznych przekroczyła 3,6 GW, a w końcówce roku w Polsce było 457,4tys. Mikroinstalacji.  Ich liczba w drugim półroczu wzrosła o prawie 200 proc.
Dla przeciętnych gospodarstw domowych inwestycja w panele fotowoltaiczne która zwraca się w około sześć, siedem lat, jest atrakcyjnym sposobem na obniżenie rachunków za energię elektryczną. Właśnie z tego powodu rynek wyczekuje rozpoczęcia w tym roku nowej wersji programu Mój Prąd, który dla gałęzi OZE będzie wielkim bodźcem rozwojowym.
Branża OZE  – w tym przede wszystkim Fotowoltaika odczuła  Covid-19, i największe uderzenie miało miejsce w marcu i kwietniu zeszłego roku. Obecnie wróciliśmy już na ścieżkę rozwoju. Branża funkcjonuje i rozwija się doskonale, czego potwierdzeniem jest znaczące przekroczenie planów ustalanych przez Instytut Energetyki Odnawialnej w 2020 roku. Na chwilę obecną branża przeżywa rozwój i sygnalizuje znaczący  wzrost zatrudnienia i wzrost liczby instalacji.
Fotowoltaika od wielu lat jest  głównym obszarem inwestycji w OZE. Na początku grudnia 2020r w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym zainstalowana moc PV wynosiła 3661,7 MW – co stanowiło wzrost o 7 proc. w ujęciu miesięcznym i wzrost aż o 181,8 proc. Rok do roku. Instytut Energetyki Odnawialnej oszacował, że w końcu 2020 roku moc zainstalowana PV w systemie wyniesie ok. 2,5 GW. Okazało się, że ten pułap został osiągnięty już w wakacje zeszłego roku. Wzrost branży jest więc znacząco szybszy od rynkowych prognoz.
– Na koniec 2021 roku Instytut Energetyki Odnawialnej ustalił za cel osiągnięcie 4,2 GW mocy zainstalowanej. Okazało się, że już osiągnęliśmy pułap 3,7 GW, co pod względem przyrostu nowych mocy w fotowoltaice dało nam już piąte miejsce w UE. Stawia to też Polskę w doskonałej sytuacji, jeżeli chodzi o perspektywy wzrostu. Zainteresowanie prosumentów energią fotowoltaiczną i instalacjami systemów PV w znacznym stopniu wynikają z programów Mój Prąd czy Czyste Powietrze oraz innych źródeł wsparcia, napędza tę gałąź gospodarki do dalszego rozwoju.

Skutki urynkowienia –  magazyn energii elektrycznej w Polskich realiach

Komercjalizacja magazynów energii elektrycznej umożliwia   skompensowanie   wahań generacji niestabilnej, ale – co najważniejsze – wahań krzywej linii konsumpcji  energii z systemu przesyłowego.

Rozpowszechnienie  instalacji OZE i magazyn energii:

  • Przede wszystkim skutkuje zmianą metody gwarantowania rezerw mocy czynnej poprzez przeniesienie tej funkcji na magazyn energii. Poprzez to wzrasta czas wykorzystania mocy dyspozycyjnej obecnych w systemie , ulepszając efektywność  ich pracy i bezinwestycyjnie „oddając” moce do tej pory niewykorzystane z racji  długookresowych  wahań krzywej poboru lub mocy związanej z koniecznością zapewnienia rezerwy wirującej, koniecznej ze względu na wahania krótkookresowe i zapewnienie  wypełnienia  kryterium N-1;
  • Umożliwia w sposób prawie nieograniczony przystosowanie do współpracy z systemem dodatkowe rozproszone źródła (słoneczne i wiatrowe), w tej grupie wytwarzania lokując bezwzględny przyrost mocy. Pozwala również  na stopniowe  przesuwanie  osiąganych mocy wytwórczych z  paliw  kopalnych ku  źródłom   odnawialnym, produkujących energię elektryczną przy zerowym (lub bliskim zera) koszcie zmiennym. Istotnym jest, że ten proces może przebiegać bez introdukcji  zagrożeń dla stabilności systemu  , oraz  także bez   napięć społecznych   i politycznych.
  • Uwzględniając fakt, że magazyn energii elektrycznej, tak jak większość źródeł odnawialnych, pracują na napięciu stałym, a z systemem połączone są poprzez falowniki, rozpropagowanie  ich wykorzystania umożliwia  zmiany sposobu oferowania usług   w zakresie regulacji napięcia i rozpływów mocy biernej po osiągnięciu  określonego progu względem mocy zainstalowanej w synchronicznych maszynach wirujących.
  • Z powodu rozproszonego charakteru zdolności magazynowych  ich potencjał do świadczenia usług systemowych i rezerw mocy  stanowi mocny argument na rzecz jak najszybszego wdrożenia rozwiązań   budujących  sieć inteligentną, w tym powszechne inteligentne opomiarowanie odbiorców końcowych i sieci. Wiąże się z tym  konieczność zmiany   funkcjonowania i, w   konsekwencji, przebudowa automatyki zabezpieczeń a także  całkowita zmiana inwestycji, jaka  jest  niezbędna  do poniesienia w sieci.

Rozproszenie zasobów a bezpieczeństwo energetyczne

Bezpieczeństwo energetyczne składa  się  z trzech filarów:

Technicznego  (krytyczność  dostaw o standardowych parametrach), Ekonomicznego  (dostępność energii po rozsądnym koszcie)

Ekologicznego  (pozyskanie i dostarczenie energii elektrycznej bez szkody dla  zasobów naturalnych), uwzględniające czynnik czasu, tj. wymagania doraźne (bieżące) oraz długoterminowe.

Nieodłączne zagrożenie bezpieczeństwa energetycznego

Zrównoważenie przedstawionych powyżej filarów w systemie opartym na źródłach wielkoskalowych, wykorzystujących głównie węgiel, jest w zasadzie niemożliwe. Wytwarzanie prądu z węgla niejako z definicji stanowi naruszenie aspektu ekologicznego  na etapie pozyskania nośnika energii pierwotnej (czyli np.: dewastacja terenu, naruszenie równowagi wodnej – w przypadku kopalni odkrywkowej, nastąpienie szkód górniczych, zasolenie wód powierzchniowych, depozyt metanu z powietrza wentylacyjnego – w przypadku kopalni głębinowej) jak i samego procesu przemiany (depozyt pyłów, CO2, SO2, NOX, popiołów związków rtęci, ciepła jako produktów ubocznych procesu wytwarzania energii elektrycznej z paliw kopalnych). Wysiłki mające na celu ograniczenie ww. wpływu na środowisko znacząco podnoszą koszt procesu, nie wszystkie są realizowane, nie wszystkie mogą być realizowane z istotnych przyczyn (np. depozyt ciepła). Równowaga kosztów wytwarzania energii elektrycznej i wpływu wspomnianego procesu na środowisko musi być  kompromisem. Jego wartość jest dodatkowo zniekształcona przez brak uwzględnienia w tym rachunku istotnej części kosztów zewnętrznych   tj.: kosztów  branżowych,   dotacji z budżetu, kosztów społecznych leczenia chorób wynikłych z degradacji środowiska naturalnego. Całość tych wydatków nie znajduje odzwierciedlenia w cenie wyprodukowanej energii, a przez całość społeczeństwa jest ponoszonych w sposób mniej lub bardziej ukryty. Kwestia bezpieczeństwa energetycznego od strony technicznej jest w sensie modelowym powtórzeniem kompromisu opisanego powyżej.  Niekwestionowana  zasada brzmi, że „bezpieczeństwo kosztuje”, teoretycznie tyle, ile społeczeństwo byłoby skłonne za nie zapłacić. To, co stanowi te koszty to finansowanie rezerw mocy (nadwyżka mocy zainstalowanej względem wykorzystywanej) w stosownym zakresie aby w każdej sytuacji, nawet o niewielkim prawdopodobieństwie, uniknąć deficytu w jej bilansie. Kolejny aspekt to budowa i utrzymanie sieci przesyłowych i rozdzielczych w takim stopniu, by zminimalizować ryzyka awarii z powodu  zbytniego wyeksploatowania czy zaniedbań utrzymania (awarie linii wywoływane przez przeciążenia czy upadki gałęzi). Inne aspekty to projektowanie i budowa linii o wytrzymałościach mechanicznych zdolnych przenieść ekstremalne obciążenia pogodowe itd. Najbardziej spektakularnym (i dotkliwym) złamaniem wymagań bezpieczeństwa energetycznego w wymiarze technicznym jest blackout, czyli rozłączenie systemu i, będący tego efektem brak zdolności zasilania odbiorców. Całkowite wyłączenie systemu może mieć miejsce zawsze. Całość systemu elektroenergetycznego jest tak naprawdę „tylko” bardzo skomplikowaną infrastrukturą techniczną, która pracuje w stanie równowagi astabilnej. Można tu jedynie próbować minimalizować ryzyka związane z błędami ludzkimi lub awariami technicznymi, ale nie ma sposobu na ich całkowitą eliminację. Największym wyzwaniem może być zasięg blackoutu, który wynika ze zdolności lub jej całkowitego braku do zareagowania na nagle rozwijające się zakłócenie. Jednak  problemem kluczowym dla spowodowanych wspomnianym incydentem strat jest czas jego trwania. Ten właśnie wynika ze zdolności systemu do uruchomienia się po blackoucie. Blackout mający miejsce we Włoszech w sierpniu 2003 r. był aż tak bolesny właśnie z tego powodu, że system na pewien czas utracił możliwość restartu, w związku z czym powrót do całkowitej jego sprawności był liczony w dobach. Jednakże niestety   to nie jedyny sposób  naruszenia bezpieczeństwa energetycznego w kwestii technicznej. Drugim, tak samo istotną jego oznaką jest zmniejszona jakość dostarczanej energii elektrycznej, bardziej lub mniej długotrwałe   przerwy w zasilaniu o skali lokalnej, zmiany krzywej napięcia itd. Następstwa ekonomiczne tych zjawisk, z  powodu  ich permanentnego charakteru, osiągają rozmiar porównywalny do strat powodowanych przez okazjonalne blackouty, ale nie są tak spektakularne. Natomiast sposoby aby im zaradzić są bardzo kosztowne. Dodatkowo warto mieć na uwadze, że utrzymywanie scentralizowanego systemu wytwarzania energii elektrycznej jest w sprzeczności ze zwiększającym zakresie rozpraszania  jej konsumpcji. Centra odbioru energii elektrycznej rosną w coraz dalszych odległościach  od miejsc jej wytwarzania, co determinuje permanentną rozbudowę sieci i zwiększa prawdopodobieństwo wystąpienia poważnych zakłóceń w systemie przesyłania i dystrybucji energii elektrycznej do odbiorców końcowych. Konieczne do wdrożenia środki zaradcze determinują konieczność ponoszenia kolejnych kosztów, co niekorzystnie wpływa na możliwy do osiągnięcia (czyli akceptowalny) punkt równowagi określający aspekt techniczny i ekonomiczny bezpieczeństwa energetycznego. W debacie dotyczącej uwarunkowań i działania systemu elektroenergetycznego, niestety prawie całkowicie pomijany jest aspekt, który te wyżej wymienione problemy przesuwa na dalszy plan. Jest to całkowity brak odporności systemu scentralizowanego na umyślny atak, możliwy do przeprowadzenia niezależnie od wysokości kosztów poniesionych na ochronę przed nim. Nawet nowoczesna elektrownia atomowa, która jest  zbudowana w sposób umożliwiający jej przetrwanie bezpośredniego uderzenia przez samolot pasażerski nie jest odporna, jako systemowe źródło energii elektrycznej, na zniszczenie jej rozdzielni wyprowadzenia mocy, czy wyprowadzonych z tej rozdzielni linii przesyłowych. Problem ten w takim samym stopniu dotyczy praktycznie wszystkich wielkoskalowych systemów wytwórczych, konwencjonalnych i odnawialnych. Związany jest wyłącznie z rozmiarem tych instalacji, który z jednej strony wyznacza zasięg wpływu ew. zdarzenia na całość systemu elektroenergetycznego, a ponadto zaś decyduje o wyborze takiego ataku z punktu widzenia ewentualnego terrorysty. Do efektywnego ataku na systemy elektroenergetyczne nie potrzeba zaangażowania żadnych większych środków technicznych, których przygotowanie mogłyby wzbudzić zaniepokojenie odpowiednich służb, albo stanowić trudność ekonomiczną. Niepokojące jest to, że taki atak odpowiednio przemyślany, może nie tylko doprowadzić do załamania systemu elektroenergetycznego (blackoutu), ale także zatrzymać przez dłuższy czas techniczną możliwość jego ponownego włączenia. Konsekwencje, społeczne, gospodarcze i polityczne takiego incydentu są aż nadto czytelne, natomiast niebezpieczeństwo takiego scenariusza musi popychać władzę polityczną do konsekwentnego wdrażania środków ograniczających ryzyko jego wystąpienia oraz zakres jego skutków.

 

Magazyn energii, konieczność i przyszłość

W Polsce w magazynach energii znajduje się łącznie ok. 1 450 MW mocy, tymczasem docelowo oczekujemy że  to będzie 2 proc. całej mocy zainstalowanej w polskiej energetyce, czyli ok. 5 GW. Są to  szacunki  Polskiej Izby Magazynowania Energii. Wielkie  nadzieje wiąże się również z postępującym rozwojem elektromobilności. Wzrost upowszechnienia samochodów elektrycznych umożliwiłby stosowanie ich akumulatorów jako rozproszonych magazynów energii. Podmioty działające na rynku  oczekują stabilnych ram  prawnych, które umożliwią inwestowanie i zarabianie na magazynach. Oczekiwany projekt odpowiednich regulacji ma trafić do sejmu dopiero w okolicach marca.

Według najpopularniejszej definicji: „Magazyn energii ma na celu bilansowanie sieci w cyklu dobowym – łagodzenie obciążenia sieci elektroenergetycznej w szczytach oraz gromadzenie energii wtedy, gdy następuje jej nadprodukcja”. Takie działanie ma najistotniejsze znacznie zwłaszcza w przypadku trudnosterowalnych źródeł odnawialnych. Magazyn energii pozwala na utrzymywanie nadwyżki, w sytuacji kiedy produkcja z wiatru i słońca przekracza popyt, a następnie dostarcza ją do sieci, gdy warunki pogodowe są niekorzystne, a zasoby nie są w stanie zaspokoić konsumpcji.

Energia ma szansę być przechowywana przy wykorzystaniu kilku różnych technologii, które w ostatnich latach są bardzo silnie rozwijane – od akumulatorów litowo-jonowych poprzez technologie chemiczne, mechaniczne i termalne.  A nawet po  magazyny sprężonego powietrza, które są budowane na poziomie sieci dystrybucyjnych.

Efektywność odzyskiwania energii w elektrowniach szczytowo-pompowych sięga nawet 80 proc., a czas reakcji na zmiany popytowe zwykle nie przekracza minuty. Największą wadą takich elektrowni jest jednak wymóg wykorzystania dwóch zbiorników wody o znaczącej różnicy w wysokości, co prawie nigdy nie jest możliwe na terenach nizinnych które stanowią większość naszego kraju. Międzynarodowa Agencja Energii Odnawialnej (IRENA) wskazuje jednak, że z powodu skalowalności tego rozwiązania elektrownie szczytowo-pompowe będą wykorzystywane jeszcze przez wiele lat.

W Polsce w magazynach energii jest zainstalowanych łącznie ok. 1 450 MW, w tym 1 370 MW w elektrowniach szczytowo-pompowych, a pozostałe 20 MW w technologii elektrochemicznej.

Szacuje się, że rozproszonej pojemności magazynów energii potrzebujemy bardzo dużo. Ocenia się, że ok. 2 proc. całości mocy zainstalowanej w polskim systemie  energetycznym. To oznacza, że aby osiągnąć założony cel  potrzebujemy ok. 5 GW zainstalowanych w technologiach magazynowania energii. Brak wystarczającej liczby magazynów energii wpływa na pogarszającą się jakość energii, która trafia do odbiorców końcowych czyli do nas wszystkich. Nasz obecny system elektroenergetyczny został wybudowany w latach powojennych, kiedy ludność Polski oscylowała wokół 25 milionów. Nie było tylu odbiorców energii, niestabilnych odbiorników ani tylu rozproszonych źródeł energii. Źródeł, które teraz są przyłączone do sieci. Polskie zakłady energetyczne mają  z tym nie lada  problem. Brak magazynów i zalet które idą wraz z nimi  powoduje, że będą się pojawiać kolejne awarie. Już teraz mają miejsce problemy z przyłączaniem do sieci kolejnych źródeł odnawialnych.

Olbrzymie nadzieje w obszarze magazynowania energii są też  wiązane z rozwojem szeroko rozumianej elektromobilności. Rozpowszechnienie wykorzystania pojazdów elektrycznych umożliwiłoby stosowanie ich akumulatorów jako rozproszonych magazynów energii (akumulatory to z technologicznego punktu widzenia najprostsze magazyny energii, które umożliwiają przechowywanie energii w łatwej do odzyskania postaci elektrochemicznej. Pozwalają odzyskać do 85 proc. włożonej energii, jednak  ich największą wadą jest bardzo wysoka cena i ograniczona żywotność). Zwykły samochód spędza do 95 proc. czasu nieużywany a więc w tym właśnie momencie jego właściciel mógłby użyć pojemność baterii jako magazyn energii – ładując go w porą nocną, gdy energia jest tania i wykorzystując ją w dzień. Akumulator w samochodzie elektrycznym może przechowywać 20–50 kWh energii, co mogłoby zaspokoić zapotrzebowanie na prąd dla zwykłej rodziny na okres 2 do 5 dni.

Jak wynika z projektu Polityki Energetycznej Państwa 2040, niezbędna jest regulacja statusu prawnego instalacji magazynowania energii elektrycznej.

Regulacja statusu prawnego systemów magazynowania energii to cel nowelizacji prawa energetycznego. Resort energii przedstawił ją w końcówce ubiegłego roku. Ta ma za zadanie znieść bariery formalno-prawne, co w konsekwencji umożliwi inwestorom odnoszenie korzyści z magazynowania energii elektrycznej i korzystnie wpłynie na rozwój branży.

Kupowanie, sprzedawanie energii od sąsiadów czyli jak radzić. Czy magazyn energii to zmieni?

Rok 2020 charakteryzował się wzrostem importu energii elektrycznej z sąsiednich państw – Czech, Szwecji, Niemiec, Słowacji i Ukrainy. Osiągnął rekordowe 13,1 TWh netto. Zakup prądu za granicą kosztował Polskę ok. 3 mld zł. Pojawiają się momenty, gdy bez importu groziłoby nam wprowadzenie stopni zasilania. Z drugiej strony są też godziny, w których to nasz prąd jest eksportowany do naszych sąsiadów.

Integracja rynków energii elektrycznej w Unii Europejskiej, krok po kroku postępuje. W konsekwencji na co raz to większą skalę odbywa się  handel transgraniczny. Trend ten dotyczy również  Polski. Z powodu  dużego udział węgla w produkcji prądu, wysokie ceny zakupu  surowca na Polskim rynku i bardzo wysokie koszty uprawnień do emisji CO2, koszty energii elektrycznej na rodzimej giełdzie są najczęściej najwyższe w Unii.  Automatyczne mechanizmy giełdowe często wykorzystują więc całe dostępne zdolności importu energii do Polski. Powoduje to obniżenie ceny na lokalnym Polskim rynku i podnosi je u naszych sąsiadów.

Eksport prądu wzrósł w 2020 roku

Raczej rzadko, ale ciągle, mają miejsce także godziny, w których to koszt energii elektrycznej W Polsce jest tańszy względem naszych sąsiadów i to my jesteśmy jej eksporterem. Analizując to, w 2020 roku takich sytuacji było nawet nieznacznie więcej niż w 2019 roku. Podliczając –  wysłaliśmy sąsiadom 1,6 TWh energii elektrycznej (1% produkcji), wobec 1,4 TWh rok wcześniej. Niemcy byli naszym największym odbiorom (0,6 TWh) potem  Litwini (0,5 TWh), mniej Czesi Słowacy (po 0,2 TWh). Najmniej energii odsprzedaliśmy Szwedom (59 GWh). Z powodu charakteru połączenia z Ukrainą (dwa bloki tamtejszej elektrowni węglowej z lat 60. pracują synchronicznie z polską siecią) nie istnieje techniczna możliwość eksportu energii na wschód.

Zeszłoroczny poziom eksportu jest jednak znacząco mniejszy od tego  realizowanego na przełomie dwóch poprzednich dekad. Wtedy do Niemiec, Czech, Słowacji, Austrii i Szwajcarii był prowadzony eksport na poziomie 10 TWh rocznie. Najwyższy wynik zanotowany – piętnaście lat temu – eksport netto sięgnął 11 TWh. Importerem netto, pierwszy raz od 1989 roku, staliśmy się dopiero w 2014 roku.

Rekordowy import ratował bilans

W 2020 roku został osiągnięty najwyższy poziom importu  netto   poziom – 13,1 TWh. Z całości 14,7 TWh, które zostały kupione za granicą, jak zwykle najwięcej zostało sprowadzonych ze Szwecji (3,9 TWh). W 2020  roku, po raz pierwszy, poziom importu energii kablem położonym pod dnem Bałtyku był zbliżony do  ilości energii, jakie kupiliśmy od dwóch naszych sąsiadów – w Niemczech (3,5 TWh) i Czechach (3,1 TWh). Od Litwinów nabyliśmy 2,3 TWh, od  Ukraińców 1,5 TWh, a od  Słowaków 0,4 TWh. Całość zakupów prądu za granicą kosztowała nas 3 mld zł. Porównując – nadwyżka eksportu towarów z Polski w ciągu 11 miesięcy ub. r. przekroczyła 50 mld zł.

Domknięcie bilansu energetycznego Polski bez importu nie byłoby możliwe przez co najmniej kilka dni w roku. Jest więc już bardzo istotny.  Jest wielce prawdopodobne ,że bez najwyższego w historii importu (przekraczającego 3 GW), w dniu 22 czerwca Polskie Sieci Elektroenergetyczne musiałyby niechybnie ogłosić stopnie zasilania w całej Polsce. Przy bezwietrznej pogodzie (farmy wiatrowe dostarczały 1 GW), doszło do podtopienia Elektrowni Bełchatów, co było powodem wyłączenia z pracy aż czterech bloków , a kolejne – z racji niskiej jakości dostarczonego węgla – znacząco ograniczyły moc produkcji. Awarie w tym dniu nie ominęły też elektrowni  Kozienice, Opole, Jaworzno, Łagisza, Ostrołęka, Połaniec i Siersza oraz elektrociepłownie Rzeszów, Siekierki i Włocławek. Ratując sytuację, poza zaplanowanym importem handlowym, PSE musiały użyć również importu interwencyjnego w ramach współpracy międzyoperatorskiej. Prąd zaimportowaliśmy wtedy ze wszystkich możliwych kierunków.

Polski Eksport uratował też sąsiadów

Pomimo takich niespodziewanych i niebezpiecznych wydarzeń, w zeszłym roku w ramach mechanizmów interwencyjnych Polsce udało się wyeksportować więcej energii, niż zaimportować. W pewnym stopniu odpowiedzialna była za to trudna sytuacja w Polsce w postaci  nadmiaru energii na szczęście tylko chwilowego. Miało to miejsce w okresie przerwy świątecznej, gdy farmy wiatrowe produkowały  rekordowo dużo mocy (5,7 GW), a zapotrzebowanie odbiorców w godzinach nocnych spadło poniżej 13 GW (uwzględniając w tym magazynowanie energii w elektrowniach szczytowo-pompowych).

Częściej niż my o interwencyjny eksport energii prosili nas sąsiedzi. Najwięcej (44 GWh) wysłaliśmy energii w ten sposób do Niemiec, 28 GWh do Szwecji i 14 GWh na Litwę. Wymiana z naszymi południowymi sąsiadami czyli  z Czechami i Słowacją była marginalna.

Pomimo tego, że Niemcy i Szwedzi   mają  wielkie  moce  OZE a także  dostęp do wielkich magazynów energii w Alpach i Górach Skandynawskich  więc  o niedobór energii nie muszą się zamartwiać to i oni miewają pewne kłopoty. Niemcy już od wielu lat nie są w stanie wybudować wielu potrzebnych im linii przesyłowych najwyższych napięć. Mają miejsce więc sytuacje, że ich sieci w okolicach Berlina i przy polskiej granicy się przeciążają. W takich sytuacjach kupują energię z  Polski ratując sytuację w tej części kraju. Zbliżony problem mają Szwedzi w południowej części kraju, która ma połączenia z Danią, Niemcami, Polską i Litwą. Do wspomnianych krajów zwykle Szwedzi eksportują energię płynącą z północy kraju oraz z Norwegii, bo sami tam niewiele jej produkują. Mają miejsce sytuacje w których także szwedzkie linie północ-południe się przeciążają i Svenska Kraftnät prosi PSE o interwencyjny eksport energii z Polski do Szwecji.

 

Jak trwoga to – magazyn energii

Polska sieć energetyczna potrzebuje pilnie dostępnych źródeł prądu. Zużycie zmienia się z chwili na chwilę, czasem są to ilości takie, ile pobiera małe miasto. Elektrownie słoneczne i magazyny mogłyby magazynować rezerwę mocy i stabilizować sieć, w  podobny sposób jak dziś robią to źródła węglowe.

Kraje Unii Europejskiej mają zredukować emisje gazów cieplarnianych o 55% netto do 2030 roku. Planuje się że do tej daty wiele istniejących elektrowni zostanie wyłączonych lub przejdzie do rezerwy. Szacuje się, że  za kilka lat będą miały miejsce sytuacje, gdy OZE pokryją znaczącą część lub nawet większość zapotrzebowania na prąd. Według Fundacji WWF i Polskiej Izby Magazynowania Energii absolutnie musimy zwiększyć możliwości gromadzenia energii.

Szybka dostawa mocy  z magazynów energii na żądanie

Polski aktualnie funkcjonujący system elektroenergetyczny powstawał w większości w okresie PRL. Wtedy najwydajniejszą metodą produkcji prądu były turbiny parowe. Polskie Sieci Elektroenergetyczne są przystosowane do zarządzania niewielką liczbą ale za to dużych elektrowni tzw. Jednostek Wytwórczych Centralnie Dysponowanych (JWCD). One ciągle utrzymują mały zapas mocy jako nadmiar aktualnego zapotrzebowania. Ta „rezerwa wirująca” jest gotowa do  uruchomiona w ciągu zaledwie sekund. Pozwala to pokryć raptowne skoki zapotrzebowania na prąd. Tak właśnie pokrywane są nagłe skoki poboru. Rezerwa wirująca to zabezpieczenie  przed konsekwencjami nagłej awarii w jednym z bloków.

Dysponowanie „rezerwą wirującą” jest tak ważne, że budowane są demonstracyjne układy z kołem zamachowym zamiast turbiny. Wspomniana technologia jest bliska tej stosowanej przy wzbogacaniu uranu w wirówkach. Ciężki „bączek” kręci się łożyskach magnetycznych zawieszony w próżni. Generator napędza go do ogromnej prędkości, ażeby utrzymać w ruchu i aby w momencie potrzeby natychmiast zamienić jego energię kinetyczną na prąd.

Wirujące magazyny energii nie zyskały na popularności, ponieważ są bardzo kosztowne i umożliwiają odzyskanie z nich pełnej mocy tylko przez kilka minut. Ponadto generują straty, bo utrzymywanie ich w ruchu również wymaga energii. „Rezerwa wirująca” może być z łatwością zastępowana bateriami litowo-jonowymi, które posiadają więcej elektronów niż koła zamachowe i łatwo ich nie gubią.

Regulacja sieci i poprawa „jakości prądu”

PSE i spółki dystrybucyjne muszą pilnować „jakości prądu” czyli stabilnego napięcia i częstotliwości a także  ograniczania mocy biernej. To są kluczowe parametry   dla współczesnej elektroniki. To od nich zależy np. czy nowe urządzenie działa, czy wyświetla komunikat o awarii raz w tygodniu. W przypadku występowania spadków napięcia w sieci, sterownik odcina napięcie dla urządzenia do czasu przyjazdu serwisu. „Jakość prądu” jest w u nas znacząco niższa niż na zachodzie Europy, szczególnie na wsiach.

Do czasu w którym  udział elektrowni węglowych jest cały czas wysoki, PSE mają w zanadrzu  co najmniej kilkanaście jednostek, którym może polecić zmianę mocy. W momencie jak odnawialne źródła energii będą  wypierały węgiel, będą zmuszone same zacząć pełnić tę funkcję. Na terenie Kalifornii w bezchmurne dni panele fotowoltaiczne umożliwiają pokrycie nawet połowy zapotrzebowania na prąd. To właśnie tam powstał  pomysł, aby używać ich nadmiarowej mocy do symulowania rezerwy wirującej w elektrowniach cieplnych. Badania które miały miejsce w 2016 roku na farmie o mocy 300 MW uświadomiły, że jest możliwość sterowania tak, aby poprzez włączanie i wyłączanie paneli zarządzać produkcją prądu właśnie zgodnie z narzuconym z zewnątrz sygnałem. W czasie prób elektrownia pracowała z niższą wydajnością   od całkowitej, w związku z tym w razie potrzeby mogła bezzwłocznie  ją zwiększyć nawet o kilkadziesiąt megawatów. Kompensacja mocy biernej (przeprowadzana przez falowniki) była możliwa nawet w nocy.

Pomoc sieciom średniego i niskiego napięcia

Zbliżone instalacje  testuje się na kolejowych podstacjach trakcyjnych. Akumulatory mają za zadanie wspierać ich pracę poprzez dostawy dużej mocy w momencie, gdy po danym fragmencie linii przejeżdża pociąg. Ułatwia to działanie systemu na mniej uczęszczanych liniach, w którym czas wysokiego zapotrzebowania na prąd  przeplata się z długimi przerwami umożliwiającymi ładowanie baterii. Zaletą jest obniżenie szczytowego poziomu poboru, w konsekwencji tego płaci się znacznie niższe stawki dystrybucyjne. Taki prototypowy magazyn energii o pojemności 1,85 MWh i mocy szczytowej aż 6 MW  został uruchomiony   w podstacji PKP Garbce.

Spółki należące do Polskich kolei są właścicielami wielkiej sieci prądu stałego o długości blisko 12 000 km długości na terenie całego kraju. Poprzez magazynowanie energii mogą prościej współpracować z siecią dystrybucyjną, która nie zawsze jest w stanie przyłączać odbiory o dużej mocy wraz  z ładowarkami drogowych pojazdów elektrycznych.

Wskrzeszanie systemu poprzez magazyny energii

Czarnym scenariuszem dla sieci elektroenergetycznej jest niespodziewana utrata zasilania na wielkim obszarze. Generatory w elektrowniach są wzbudzane napięciem którego źródło jest w sieci a to oznacza, że bez zasilania nie ma możliwości ich uruchomienia. Jednostki węglowe są bardzo wrażliwe, ponieważ pobierają co najmniej kilkanaście procent produkowanego prądu dla własnych potrzeb, a ich proces włączenia ze stanu zimnego zajmuje godziny.

Plany ponownego załączenia Krajowego Systemu Energetycznego mówią, że pierwsza iskra ma pochodzić z magazynu energii. Z akumulatorów załączone zostaną agregaty dieslowskie, po nich z kolei pozwolą wzbudzić się generatory w elektrowniach wodnych, turbiny gazowe w elektrociepłowniach na gaz ziemny, a na końcu palniki w kotłach pozostałych elektrowni. Całkowite  przywrócenie zasilania potrwa co najmniej kilkanaście godzin, z czego najdłużej zajmie rozpalanie węglowych kotłów.

Niezależność energetyczna

Większa liczba magazynów energii, to łatwiejsze przywrócenie zasilania po awarii. Najprostsze do uruchomienia są elektrownie wodne i wiatrowe. Dodatkowego prądu wymaga tylko generator, a rozpoczęcie pracy to zaledwie kilku minut. W podobnym tempie wystartować mogą biogazownie i małe układy kogeneracyjne. Prawdopodobnie dzięki OZE   za 10-15 lat wybrane obszary kraju będą bliskie samowystarczalności energetycznej a więc po utracie połączenia z siecią będzie możliwe działanie niezależnie przez dłuższy czas.

„Ile magazynów energii będzie potrzebne aby móc zasilać Polskę tylko z odnawialnych źródeł?” odpowiedzią na tak zadane pytanie zajmuje się „100% OZE w elektroenergetyce”, która w 2021 roku zostanie wykonana dla jednej z fundacji. Poprzednie miesiące pokazały, że wiele istotnych branż gospodarki może zostać zamkniętych z powodów wyższych konieczności. Zmiany klimatyczne mogą okazać się większym zagrożeniem niż koronawirus i trudno będzie o właściwe szczepionki. Wypracowanie unijnego celu redukcji o 55% już 2030 roku nakazuje nam zastanowienie się, czy zmiany wykorzystywania kopalin tj węgla i gazu nie nastąpią szybciej niż się spodziewamy.

Odnawialne źródła energii, gwałtownie zwiększają udział w rynku. PSE i spółki dystrybucyjne nie mają innego wyjścia jak tylko nauczyć się z nimi zarządzać zanim ostatnia elektrownia węglowa zostanie zamknięta. Dobrą wiadomością jest to, że stabilizacja sieci może być zagwarantowana nie tylko przez korzystanie tradycyjnych elektrowni, jak również poprzez OZE i magazyny energii. Rozsądne wykorzystywanie takich instalacji może  skutecznie chronić przed skokami napięcia i kompensować moc bierną.  Można też pokusić się o stwierdzenie, ze może a nawet pomóc w  uruchomieniu elektrowni węglowych po blackoucie. Producenci, użytkownicy magazynów energii czekają aż operatorzy sieci zaczną z nimi współpracować.

 Największy na świecie magazyn energii

Największy jak do tej pory na świecie  magazyn energii funkcjonuje w Kalifornii. Jego pojemność jest blisko pięciokrotnie  większa  od dotychczasowego największego magazynu, który też pracuje w tym amerykańskim stanie.

Wielki koncern energetyczny Vistra poinformował o podłączeniu do sieci największego dotychczas skonstruowanego bateryjnego magazynu energii. Inwestycja została zrealizowana w należącej do tego inwestora elektrowni w Moss Landing w Monterey County w Kalifornii.

Nominalna moc tej litowo-jonowej jednostki liczy 300 MW, przy pojemności 1200 MWh. Czyni to ją o blisko 5 razy większą od pojemności dotychczas największego na świecie rozwiązania – bateryjnego magazynu energii, który powstał w ubiegłym roku również w Kalifornii. Chodzi o jednogodzinny magazyn 250 MW/250 MWh, który był uruchomiony przez dewelopera LS Power.

Firma Vistra poinformowała, że w kolejnym stadium inwestycji, który ma zostać ukończony e sierpniu 2021, przebuduje  magazyn energii w Moss Landing o 100 MW/400 MWh. Tak zaplanowana  jednostka będzie mogła uzyskać 400 MW w czasie do 4 godzin.

Magazyn w Moss Landing będzie wspierał usługi sieci elektroenergetycznej należącej do Pacific Gas and Electric Company (PG&E).

Vistra poinformowała, że w swojej elektrowni w Moss Landing jest w stanie zbudować docelowo magazyny o mocy 1500 MW/6000 MWh i jest gotowa na podjęcie takich inwestycji w przypadku sprzyjających warunków rynkowych.

Jak dotychczas koncern energetyczny zainstalował już magazyn energii w Upton w Kalifornii o mocy 10 MW i pojemności 42 MWh. Koncern planuje także uruchomienie magazynów w Oakland w Kalifornii (36,25 MW/145 MWh) oraz w DeCardova w Teksasie (260 MW/260 MWh). Przyszły rok to zakładany termin oddania wspomnianych inwestycji.

Przed uruchomieniem olbrzymich magazynów energii w Kalifornii przez lata pozycję   lidera w dziedzinie bateryjnych magazynów energii zajmowała instalacja uruchomiona przez Teslę i Neoen w 2017 roku w Australii. Zlokalizowany w południowej Australii magazyn   Hornsdale Power Reserve, pierwotnie miał parametry 100 MW/129 MWh. W ubiegłym roku został rozbudowany o 50 MW/64,5 MWh.

Obecnie w trakcie budowy w USA są inne ogromne magazyny energii, których zadaniem będzie przejmowanie  obowiązków realizowanych dotychczas przeważnie przez szczytowe elektrownie gazowe, wspomagając pracę całego systemu energetycznego.

Budowę kolejnego ogromnego bateryjnego magazynu w 2020 roku rozpoczęła Tesla razem z PG&E. Moc tego magazynu budowanego w Monterey County ma osiągnąć 182,5 MW, a jego pojemność sięgnie do 730 MWh (z opcją rozbudowy do 1,1 GWh).

PG&E ocenia, że magazyn w czasie 20-letniego okresu funkcjonowania wygeneruje gigantyczne oszczędności – wynoszące przynajmniej 100 mln USD.

duży magazyn energii do instalacji hybrydowej