Magazynowanie energii

System energetyczny

W systemie energetycznym w każdej chwili ilość energii generowanej i pobieranej muszą się bilansować. Jeżeli energia pobierana jest w sposób nieplanowy, a bezwładność systemu generacji energii jest duża wówczas może to skutkować pogorszeniem jakości energii tj. wahaniami amplitudy i częstotliwości napięcia, a także odkształceniami sinusoidalnego kształtu sygnału napięcia i powstaniem wyższych harmonicznych w jego widmie.

Konwencjonalny system energetyczny wypracował mechanizmy dostosowujące ilość energii generowanej do zużywanej i utrzymujące jakość energii na odpowiednim poziome. Mechanizmy te to:

  • generatory gazowe i diesla
  • rezerwy wirujące
  • kompensatory mocy biernej tzw. „Statcom”
  • harmonogramowanie generacji tzw. „peak –shaving”
  • nadążanie generacji za obciążeniem tzw. „load-following”
  • wielkoskalowe magazynowanie energii np. w elektrowniach pompowo-szczytowych tzw. “load shifting”

Ww. metody co prawda spełniają jeszcze swoje zadania jednak rosnące nasycenie zróżnicowanymi odbiornikami energii, rosnąca popularność nowych, energochłonnych technologii (urządzenia klimatyzacyjne AC, a wkrótce coraz bardziej popularne pojazdy elektryczne i hybrydowe typu „plug-in” i towarzyszące im systemy szybkiego ładowania) i znaczna rozległość sieci energetycznej w połączeniu z zauważalnie zmieniającymi się warunkami klimatyczno-pogodowymi (częste upały i okresy suszy) mogą w przyszłości skutkować większą zmiennością ilości konsumowanej energii i wynikającymi z tego większymi wahaniami parametrów jakości energii.

Większa zmienność ilości konsumowanej energii oznacza zwiększenie strat przesyłu (straty są proporcjonalne do drugiej potęgi natężenia prądu), większe obciążenie i narażenie na awarię systemu przesyłowego. W połączeniu z planowanymi remontami i wyłączeniami bloków energetycznych może to doprowadzić do okresowych braków rezerw mocy (http://www.fae.org.pl/files/file_add/file_add-18.pdf). Jednym ze sposobów ograniczania ww. ryzyka jest zmniejszenie długo i krótkookresowych wahań ilości przesyłanej energii. Można to osiągnąć poprzez magazynowanie energii (akumulację).

Magazynowanie energii w dużej skali stosowane jest w elektrowniach pompowo-szczytowych. Jest to tylko jedna z wielu możliwych metod i ze względu na swoją dużą skalę i bezwładność nie pozwala na szybkie reagowanie na zmiany obciążenia). Dodatkowo ten typ magazynu jest znacznie oddalony od odbiorców co nie wpływa na zmniejszenie obciążenia sieci przesyłowej. Magazynowanie energii w elektrowniach pompowo-szczytowych uśrednia najbardziej długookresowe wahania przesyłu energii i jest stosunkowo prosty do zarządzania.

Zmienność obciążenia powstaje po stronie odbiorcy zatem celem powinno być, aby magazyny energii znajdowały się tak blisko odbiorcy jak jest to tylko możliwe.

Duże stacjonarne, kontenerowe magazyny energii wyposażone w baterie elektrochemiczne lub przepływowe powinny znajdować się w podsieciach znacznie oddalonych elektrowni. Ich rolą powinno być uśrednianie średniookresowych wahań przesyłanej energii. Tego typu magazyny często służą do stabilizacji mocy generowanej przez duże i średnie farmy fotowoltaiczne i wiatrowe, które z natury rzeczy są bardzo niestabilne. Zwiększonej produkcji energii z OZE towarzyszy z reguły większe zużycie przez urządzenia klimatyzacyjne, zatem system OZE + magazyn energii może istotnie zmniejszyć obciążenie konwencjonalnego systemu generacji i przesyłu energii.

Najbliżej odbiorcy powinny znajdować się małe, ale liczne i bardzo rozproszone magazyny energii tzw. magazyny domowe. Zbudowane powinny być na bazie akumulatorów elektrochemicznych (często wycofanych już z zastosowań mobilnych, ale ciągle nadających się do użytkowania w zastosowaniach stacjonarnych) i superkondensatorów lub bezwładników, aby najszybciej reagować na zmiany parametrów energii w sieci tj. chwilowej amplitudy, częstotliwości i kąta obciążenia. Ich funkcją powinno być bardzo szybkie reagowanie na zmiany, a nie ilość magazynowanej energii dlatego powinny być liczne, małe i bardzo rozproszone. Dodatkową zaletą, tak jak w przypadku dużych magazynów, byłoby ich uzupełnienie o mikroźródła energii. Docelowe duże rozproszenie i liczebność tego typu magazynów zwiększy trudność sterowania tego typu systemu.

Uzupełnieniem stacjonarnych magazynów energii mogą być mobilne magazyny energii. Rolę tego typu magazynów mogą już dzisiaj pełnić baterie samochodów elektrycznych i hybrydowych typu „plug-in”. Zastosowanie w systemach ładowania dwukierunkowych przetworników AC/DC umożliwia zarówno ładowanie akumulatorów z sieci jak i w zależności od potrzeb także oddawanie energii z baterii do sieci według tzw. funkcji „V2G”, przepływ energii pomiędzy samochodami (funkcja „V2V”) lub zasilania wyspowego off-grid (funkcja „V2L”). Z analiz zachowania użytkowników pojazdów elektrycznych i plug-in wynika, że w ponad 80% przypadków podłączenie pojazdu do ładowania następuje zanim poziom naładowania baterii spadnie poniżej 50%. Niemal zawsze jest ona w połowie naładowana. Ze względu na mobilny charakter tego typu magazynów, zarządzanie przepływami energii powiązane jest z koniecznością określania pozycji GPS pojazdów względem sieci energetycznej . Jest to najtrudniejszy system do sterowania.

Uwzględniając rosnącą tendencję udziału pojazdów elektrycznych (np. w Niemczech obecnie wskaźnik ten wynosi ok. 0.7/1000) oraz towarzyszące temu ryzyko powstawania stacji szybkiego ładowania (o mocach setek kW) wykorzystanie wszelkiego rodzaju magazynów energii stanie się warunkiem rozwoju transportu elektrycznego przy zachowaniu bezpieczeństwa sieci energetycznej i jakości parametrów energii w sieci.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Solve : *
44 ⁄ 22 =