Magazyny energii: prosumenckie, w stacji transformatorowej czy wielkoskalowe?

Znaczenie magazynów energii dla systemu elektroenergetycznego

Wpływ OZE na sieć elektroenergetyczną

Obecnie funkcjonujący system sieci elektroenergetycznych jest przystosowany do dystrybucji energii produkowanej w dużych elektrowniach. Tymczasem transformacja energetyczna spowodowana dążeniem do zmniejszenia emisji CO₂ wymusza korzystanie z odnawialnych źródeł energii, które stanowią źródła rozproszone. Są one przyłączane do sieci w różnych miejscach, charakteryzują się również nieregularną pracą zależną od warunków pogodowych. Z tego też powodu system elektroenergetyczny o scentralizowanej architekturze jest narażony na wiele niekorzystnych zjawisk, takich jak lokalne wzrosty napięcia powyżej wartości znamionowej i produkcja energii w ilości większej niż zapotrzebowanie w danym momencie. Jest to źródłem częstych wyłączeń instalacji OZE i strat energii – zwłaszcza w słoneczne dni, kiedy uzysk energii z fotowoltaiki mógłby być największy. Natomiast potencjalni prosumenci często spotykają się z odmową przyłączenia instalacji do sieci ze względu na jej ograniczoną przepustowość.

Rozwiązanie problemu – magazyny energii

Aby rozproszona generacja energii mogła być opłacalna i nieszkodliwa dla systemu elektroenergetycznego, potrzebne jest magazynowanie energii. Umożliwia ono wykorzystywanie energii powstałej w czasie nadprodukcji w późniejszym czasie, gdy zapotrzebowanie przewyższa generację. Najbardziej popularną technologię wykorzystywaną do tego celu stanowią baterie litowo-jonowe. W tym artykule skupimy się na magazynach energii, które je wykorzystują.

Prosumenckie magazyny energii

Prosumenckie magazyny energii to małe zasobniki energii przeznaczone do magazynowania energii z przydomowych instalacji fotowoltaicznych. Ich pojemność waha się zwykle między kilkoma a kilkudziesięcioma kilowatogodzinami. W Polsce najpopularniejszy jest magazyn o zainstalowanej energii 10 kWh. Powodem tego jest najbardziej optymalne dopasowanie tego typu magazynu do instalacji o mocy 5-7 kW, które to najczęściej można spotkać przy domach jednorodzinnych.

Zalety prosumenckich magazynów energii

Uniezależnienie od dostaw energii z sieci

Zastosowanie magazynu energii przy instalacji fotowoltaicznej pozwala na wykorzystanie znacznej części wyprodukowanej energii w miejscu jej wytworzenia. W przypadku posiadania instalacji PV hybrydowej czy off-grid magazyn energii może pozwolić na całkowitą niezależność od innych źródeł.

Mniej odmów przyłączenia instalacji OZE

Obecnie uzyskanie pozwolenia na przyłączenie instalacji fotowoltaicznej do sieci bywa prawdziwym wyzwaniem ze względu na to, że do sieci już teraz przyłączone jest wiele odnawialnych źródeł energii, które podnoszą napięcie w tym samym czasie. Zastosowanie prosumenckiego magazynu energii pozwala na uniknięcie przeciążenia sieci generacją rozproszoną, co usuwa najpowszechniejszą przyczynę odmowy.

Prosumenci stają się fleksumentami

Magazyny energii pozwalają na uzyskanie tego, co jest niemożliwe dla samych źródeł odnawialnych, a więc sterowanie ilością energii oddawanej do sieci w danym czasie. Umożliwia to przechowywanie nadwyżek produkowanej energii i uwalnianie ich, kiedy są potrzebne. To ekonomiczne rozwiązanie – właściciel może kumulować energię z OZE lub z sieci gdy jej ceny są niskie, by potem sprzedać ją w szczytowej cenie.

Dofinansowania do prosumenckich magazynów energii w Polsce

W ramach programu Mój Prąd 4.0 prosumenci prywatni posiadający umowę z OSD mogą ubiegać się o dofinansowanie do magazynów energii, których pojemność przekracza 2 kWh. Niestety jest ono ograniczone pewnymi warunkami, na przykład trzeba rozliczać się w systemie net-billingu lub przejść na taki system rozliczeń.

Wady prosumenckich magazynów energii

Kosztowniejsze w przeliczeniu na jednostkę

Ceny niewielkich magazynów energii są wyższe w przeliczeniu na jednostkę zainstalowanej energii w stosunku do dużych magazynów. Koszt magazynu o pojemności 10 kWh wynosi ok. 30 tys. zł.

Większe zużycie surowców

Magazynowanie energii na mniejszą skalę jest mniej efektywne niż na większą. Do zmagazynowania energii z wielu instalacji osobno jest potrzebna większa łączna pojemność niż dla jednego większego magazynu. Tymczasem wydobycie np. kobaltu i litu niezbędnych do produkcji baterii litowo-jonowych nie jest obojętne dla środowiska. Ponadto zasoby tego ostatniego zmniejszają się w szybkim tempie, grożąc problemami przy przejściu na inne formy magazynowania energii zanim ich technologie zostaną odpowiednio rozwinięte.

Magazyny energii w stacjach transformatorowych

Zasobniki energii mogą być zlokalizowane w stacjach transformatorowych, co oszczędza miejsce oraz upraszcza wykonanie wielu połączeń elektrycznych. Magazyny energii w stacjach transformatorowych mają zazwyczaj od kilkudziesięciu kilowatogodzin pojemności. W celu zmagazynowania większej ilości energii pojedyncze stacje można ze sobą łączyć.

Zalety magazynów energii w stacjach transformatorowych

Tańsze i efektywniejsze niż prosumenckie

Większa pojemność magazynu energii w stacji trafo pozwala na ograniczenie miejsca oraz materiałów użytych do jego produkcji w porównaniu z rozproszonymi systemami magazynowania energii. Jest to źródło oszczędności, a zarazem pozwala na bardziej optymalne wykorzystanie zainstalowanej energii.

Wielość zastosowań magazynów energii w stacjach trafo

Oprócz magazynowania energii z instalacji PV magazyny energii w stacjach transformatorowych mogą służyć nie tylko do magazynowania energii z instalacji PV. Mogą one również pobierać energię z sieci, gdy jej cena jest niska, co pozwala na wykorzystanie jej w czasie, gdy przy pobieraniu z sieci należałoby zapłacić za nią wyższą cenę. Można używać ich do zasilania zakładów przemysłowych i obiektów handlowo-usługowych, takich jak stacje benzynowe czy centra handlowe, a nawet osiedli mieszkaniowych. W przypadku awarii systemu elektroenergetycznego magazyny energii w stacjach transformatorowych mogą posłużyć jako tymczasowe źródło zasilania.

Elastyczność i możliwość rozbudowy

Magazyny energii w stacjach transformatorowych charakteryzują się możliwością dobrania pojemności oraz mocy pod indywidualne potrzeby klienta. Modułowość zarówno pojedynczych baterii, jak i całych stacji sprawia, że w razie zwiększenia się ilości energii, którą trzeba zmagazynować, można je bezproblemowo rozbudowywać.

Wady magazynów energii w stacjach transformatorowych

Trudność w doborze optymalnego magazynu energii

Inwestorzy często spotykają się z dylematem, jaki magazyn energii będzie najlepszym rozwiązaniem. Odpowiedź na to pytanie nie jest jednoznaczna, gdyż z jednej strony wybudowanie magazynu o większej pojemności oznacza większe koszty, z drugiej natomiast mniejszy magazyn może nie być w stanie zmagazynować znacznej części nadwyżek energii.

Wielkoskalowe magazyny energii

Wielkoskalowe magazyny energii, zwane także hubami, to obiekty o mocy liczonej w setkach megawatów, a nawet w gigawatach, takie jak Tesla Megapack w Australii. Składają się z wielu mniejszych członów rozmieszczonych na dużej powierzchni.

Zalety wielkoskalowych magazynów energii

Efektywność magazynowania energii

Bardzo duża pojemność i moc hubów oznacza, że rzadziej dochodzi do sytuacji, gdy nie są w stanie zmagazynować nadmiarowej energii. Uzyskiwana z nich moc zwykle jest wystarczająca do pokrycia zapotrzebowania.

Efektywność ekonomiczna

Tak jak powyższe typy, wielkoskalowe magazyny energii można wykorzystywać do kupowania energii po niższych cenach i późniejszego sprzedawania po wyższych. Dzięki skali rozwiązania zyski są często widoczne już po krótkim czasie.

Wady wielkoskalowych magazynów energii

W przypadku awarii dotknięta jest większa grupa odbiorców

Magazyny energii wykorzystujące baterie litowo-jonowe są narażone na pożary w wyniku ucieczki termicznej wywołanej wadami wyrobu, uszkodzeniami czy niewłaściwą eksploatacją. Problem ten dotyka szczególnie największych magazynów, jako że pożary baterii rozprzestrzeniają się na sąsiednie ogniwa. Jeżeli dojdzie do przegrzania jednego z nich, reakcja łańcuchowa dotknie też kolejne. W takim wypadku nierzadko dochodzi do spalenia całego modułu i czasowego wyłączenia z eksploatacji całego magazynu energii. Zdarzają się też przypadki prewencyjnych wyłączeń magazynów energii z uwagi na to, że w podobnej jednostce miał miejsce pożar. Jest to bardzo niekorzystne zarówno dla właścicieli magazynów, jak i dla odbiorców energii.

Optymalny magazyn energii w zależności od zastosowania

Magazyn energii dobiera się do indywidualnych potrzeb obiektu, z którym będzie współpracować. Jeżeli występuje w nim niewielka generacja energii, to najprawdopodobniej najlepszą opcją będzie magazyn prosumencki. Taki magazyn może również pomóc w uniezależnieniu się od dostaw energii z sieci odbiorcy o niewielkich potrzebach energetycznych. W największych przedsięwzięciach sprawdzą się huby. Jednak uniwersalnym rozwiązaniem mogą okazać się magazyny energii w stacjach transformatorowych. Choć ich głównym przeznaczeniem jest współpraca z obiektami średniej wielkości, można je wykorzystać także do zasilania wielu mniejszych odbiorów. Magazyny energii w stacjach trafo mogą też stanowić alternatywę dla większych magazynów, będąc połączone np. w mikrosieć czy elektrownię wirtualną.