OZE Rentier: Grawitacyjne magazyny energii pozwolą nam na 50 lat stabilizować Krajowy System Elektroenergetyczny

OZE Rentier S.A. to spółka, która zamierza zrewolucjonizować rynek odnawialnych źródeł energii poprzez zastosowanie grawitacyjnych magazynów energii elektrycznej.

O rozwoju tej technologii i jej udziale w transformacji energetycznej opowiedzieli nam Tomasz Zieliński (Prezes Zarządu OZE Rentier S.A.) i Andrzej Tersa (Wiceprezes Zarządu OZE Rentier S.A.)

Jak działają grawitacyjne magazyny energii (GME)?

A.T.: Podczas chwilowych nadwyżek energii wytarzanej przez elektrownie wiatrowe oraz słoneczne ładujemy magazyn energii, podnosząc do góry blok o dużym ciężarze na wysokość stu kilkudziesięciu metrów za pomocą silnika odwracalnego. W czasie, kiedy brakuje energii w systemie elektroenergetycznym lub w pracy naszej elektrowni, ciężar zostaje opuszczony, napędzając silnik w pracy prądnicy i w ten sposób oddajemy do sieci wytworzoną energię.

Grawitacyjne magazyny energii można na swój sposób porównać z elektrowniami szczytowo-pompowymi?

A.T.: Są bardzo podobne co do zasady działania.

W elektrowniach szczytowo-pompowych czynnikiem magazynującym energię jest woda, którą przepompowuje się ze zbiornika dolnego elektrowni do górnego. W okresie zapotrzebowania na energię woda jest spuszczana i do zbiornika dolnego poprzez turbiny, wytwarzając energię. W GME czynnikiem magazynującym energię jest blok o dużej masie, podnoszony do góry.

Jakie słabsze strony grawitacyjnych magazynów energii może Pan wymienić?

T.Z.: Najsłabszą stroną GME jest wysokość konstrukcji porównywalna z turbinami wiatrowymi, oddziaływająca na krajobraz.

Jakie przewagi mają te rozwiązania nad najbardziej znanymi obecnie akumulatorami litowo-jonowymi?

T.Z.: Czas działania: do 50 lat przy odpowiedniej konserwacji. Stała sprawność układu przez cały okres użytkowania grawitacyjnego magazynu energii.

Bezpieczeństwo dla środowiska naturalnego na etapie budowy magazynu i jego użytkowania (brak zagrożenia pożarami, wyciekami) – nie ma potrzeby wydobywania metali ziem rzadkich.

Bezpieczeństwo dla środowiska naturalnego po zakończeniu pracy – 99,9% materiałów konstrukcyjnych GME może być poddanych recyklingowi.

Dlaczego te rozwiązania są jeszcze tak mało popularne?

T.Z.: Głównym czynnikiem była cena energii i wysokie koszty budowy GME, choć jednak zdecydowanie niższe niż koszty budowy elektrowni wodnych szczytowo-pompowych. Przy obecnych cenach energii elektrycznej GME ze swoją stałą sprawnością zbliżającą się do 75% oraz 50-letnim okresem użytkowania powodują, że stają się bardziej ekonomicznie opłacane, choć kosztami budowy są zbliżone do magazynów litowo-jonowych.

Istotnym czynnikiem przyśpieszającym rozwój GME są wymogi UE związane z dekarbonizacją i potrzebą bieżącego magazynowania wytworzonej energii w celu stabilizacji systemu, z lawinowo przyrastającą ilością jednostek wytwórczych OZE w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym przy jednoczesnej, swego rodzaju „bezwładności” rozwoju nowych technologii magazynowania energii.

Zwrócić też trzeba uwagę, że coraz niższe ceny energii z OZE wytwarzanej w szczytach pracy tych instalacji, wymuszają poszukiwanie relatywnie tanich i efektywnych technologii magazynowania energii powodując, że GME stają się ekonomicznie opłacalne.

Mają potencjał, aby odegrać ważną rolę w transformacji energetycznej? 

Transformacja energetyczna już się zaczęła, a rozwój instalacji OZE i magazynowania energii elektrycznej jest jej elementem

A.T.: Jeżeli UE utrzyma kierunek rozwoju energetyki związany z dekarbonizacją oraz neutralnością klimatyczną, będziemy musieli stopniowo odchodzić od jednostek wytwórczych zasilanych paliwami kopalnymi. Ze względów środowiskowych oraz ekonomicznych już teraz jesteśmy zmuszani wyłączać wyeksploatowane i w małym stopniu regulowalne bloki węglowe, o niższych mocach w pierwszej kolejności, nie budując jednocześnie nowych. W ich miejsce powinny powstawać kolejne rozporoszone elektrownie słoneczne, wiatrowe, z magazynami energii miejscowymi oraz kolejne systemy magazynowania energii, aby sprostać wymogom stabilizowania systemu.

Transformacja energetyczna dodatkowo powinna też być wiązana z wytwarzaniem i magazynowaniem energii tam, gdzie jest na nią zapotrzebowanie. Zamiast budować jednostki wytwórcze dużych mocy oraz ogromne elektrownie szczytowo-pompowe z infrastrukturą przesyłową, łatwiej byłoby rozwijać system elektrowni OZE – wiatrowych, słonecznych, biogazowych, z magazynami energii w tym samym obszarze, gdzie zużywana jest energia, np. w pobliżu dużych miast czy jednostek gospodarczych zużywających znaczące ilości energii. Gdyby w miarę wyłączania bloków węglowych był stworzony plan powstawania nowych jednostek wytwórczych OZE w miejscach jej zużycia i w tym obszarze w pierwszej kolejności odbywała się modernizacja sieci elektroenergetycznej, właśnie tam można byłoby rozwijać kolejne elektrownie słoneczne oraz wiatrowe, wspomagane magazynami energii. W taki sposób można byłoby umożliwić rozwój OZE poprzez rozbudowę lokalnych linii przesyłowych z nowymi instalacjami OZE i GME. Byłoby to rozwiązanie tańsze, szybsze i mniej uciążliwe dla środowiska naturalnego.

Transformacja energetyczna już się zaczęła, a rozwój instalacji OZE i magazynowania energii elektrycznej jest jej elementem, w co wpisują się GME bardziej przyjazne środowisku, w porównaniu z elektrowniami szczytowo – pompowymi i akumulatorowymi magazynami litowo-jonowymi.

Mamy już w Polsce takie magazyny? (w pełni, komercyjnie wdrożone)

T.Z.: Nie, ale tendencja rozwojowa się zaznacza: na pewno powstały pierwsze GME w Szwajcarii, o mocy 5 MW, wybudowano też w Chinach w Szanghaju GME o mocy 25 MW i pojemności 100 MWh. Budowany jest też magazyn w Teksasie o pojemności 36 MWh.

Jako OZE Rentier S.A. występujemy obecnie o pierwsze pozwolenia, aby prototyp grawitacyjnego magazynu energii wybudować przy naszej elektrowni słonecznej z panelami PV na trackerach jednoosiowych, pozwalających maksymalizować wydajność elektrowni. Wieża będzie miała wysokość 135 metrów.

Jakie są Pana prognozy względem rynku grawitacyjnych magazynów energii w najbliższych latach?

Ludzkość zmuszona jest poszukiwać nowych rozwiązań. GME możemy lokalizować praktycznie wszędzie, przy wiatrowych i słonecznych jednostkach wytwórczych, w węzłowych punktach systemu

T.Z.: W Polsce dominują niziny – 91% powierzchni kraju. Jest bardzo mało miejsc, w których mogą powstać elektrownie szczytowo-pompowe. Infrastruktura sieci rozdzielczych i przesyłowych ogranicza lokalizacje dla nowych instalacji słonecznych i wiatrowych. Koszt ich budowy oraz rozbudowy sieci przesyłowej wymusza szukanie innych rozwiązań, aby sprostać unijnym wymogom środowiskowym i stabilizacji Systemu. Energetyka jądrowa jest bardzo wydajna, ale wymaga czasu na rozbudowę, potrafi być niebezpieczna.

Jeżeli w najbliższym stuleciu mamy odejść od węglowodorów, OZE są przyszłością i koniecznością. Zastosowanie na powszechną skalę akumulatorów litowo-jonowych, kadmowych oraz wydobywanie metali ziem rzadkich rodzi wyzwania związane z ochroną środowiska. Zasoby metali ziem rzadkich są ograniczone w skali globu, aby sprostać stabilizacji OZE.

Energia geotermalna prawdopodobnie też jest przyszłością, ale obecne ograniczenia związane z technologią, głębokością odwiertów i powiązanymi z nią kosztami powoduje, że prawdopodobnie będzie rozwijała się w kolejnych dziesięcioleciach. Obiecujące są też rozwiązania wodorowe, ale to nadal przyszłość.

Ludzkość zmuszona jest poszukiwać nowych rozwiązań. GME możemy lokalizować praktycznie wszędzie, przy wiatrowych i słonecznych jednostkach wytwórczych, w węzłowych punktach systemu – już dzisiaj. Na jednym hektarze możemy wybudować magazyn o pojemności powyżej 20 MWh. Technologia ta, w pozwala nam na 50 lat stabilizować Krajowy System Elektroenergetyczny. Dodatkowa zmiana prawa, w którym GME tak jak elektrownie szczytowo-pompowe będą miały ułatwione uzyskiwanie pozwoleń na budowę oraz nie będą traktowane jako jednostki wytwórcze, znacząco wpłynie na ich rozwój.

A.T.: Europa oraz Polska w najbliższych latach, w procesie dekarbonizacji potrzebuje systemowych rozwiązań oraz możliwie najtańszej energii elektrycznej, aby jej gospodarka mogła być konkurencyjna. Zmiany legislacyjne związane z traktowaniem GME, jako mniejszych systemowych jednostek szczytowo-pompowych mogą w znaczący sposób ułatwić zieloną transformację. Włączanie GME w linie przesyłowe, w których już dzisiaj płynie zielona energia, jest kolejnym konsekwentnym krokiem w stronę zero emisyjnej gospodarki, ekologicznego podejścia do życia na naszej wspólnej niebieskiej planecie.

Widzimy co najmniej dwa zastosowanie GME:

• Systemowe dla OSD / PSE w celu stabilizacji KSE.
• Dla dużych wytwórców OZE, aby mogli sprzedawać w kontraktach godzinowych nadmiar wytworzonej energii w godzinach jej największego zapotrzebowania.