Hybrydowe instalacje energii odnawialnej

W drodze do zrównoważonego rozwoju energetycznego ważnym punktem jest wprowadzanie i popularyzacja energetyki rozproszonej opierającej się na odnawialnych źródłach energii. Instalacje OZE cechują się jednak silną zależnością od czynników zewnętrznych, w szczególności warunków pogodowych. W celu optymalizacji ich wykorzystania stosowane są hybrydowe instalacje odnawialnego źródła energii.

Definicja

Hybrydowa instalacja energii odnawialnej to, zgodnie z definicją ustawy o OZE, instalacja wytwarzająca energię elektryczną lub energię elektryczną i ciepło oddzielnie w odnawialnych źródłach energii, które mogą być wspomagane przez inne (nieodnawialne) źródła energii, zużywane wspólnie w jednostce wytwórczej. Może być ona połączona z magazynem energii. Hybrydowy układ dwóch źródeł energii nazywany jest podwójnym (ang. bivalent), natomiast układ wielu źródeł – wielorakim (ang. multivalent).

Zadaniem hybrydowych instalacji energii odnawialnej jest wzajemna kompensacja wad i zalet zastosowania poszczególnych źródeł energii.

Instalacje hybrydowe: elektrownie słoneczno-wiatrowe

Jednym z najpopularniejszych rodzajów hybrydowych układów zasilania jest połączenie elektrowni fotowoltaicznej i wiatrowej. W wielu miejscach na świecie nie jest możliwe poleganie na energii słońca przez cały rok ze względu na ograniczoną ilość światła słonecznego w miesiącach zimowych lub porze deszczowej. Tymczasem same elektrownie wiatrowe nie byłyby w stanie pokryć zapotrzebowania na energię kiedy wiatr jest łagodny lub nie występuje. Połączenie tych dwóch technologii daje duże prawdopodobieństwo samowystarczalności systemu zasilania, zwłaszcza jeżeli dodatkowo zastosowane zostanie magazynowanie energii.

Elektrownie słoneczno-wiatrowe przynoszą również szereg korzyści ekonomicznych dla operatora sieci. Należą do nich zmniejszenie uśrednionego kosztu energii elektrycznej, zwiększenie wykorzystania zdolności przyłączeniowej sieci oraz synergizm w budowie i utrzymaniu sieci. Mają one również pomóc w efektywnym wykorzystywaniu przestrzeni publicznej, ograniczyć koszt energii i przyspieszyć elektryfikację nowych terenów.

Instalacje hybrydowe : hydroelektrownie + fotowoltaika

Instalacji fotowoltaicznych przybywa w zawrotnym tempie. Problem w realizacji inwestycji z nich związanymi stanowi ich duże zapotrzebowanie na powierzchnię. Tymczasem obecnie istnieje wiele elektrowni wodnych (według szacunków, pochodzi z nich niemal połowa energii odnawialnej na świecie). Hydroelektrownie zazwyczaj również są instalacjami wielkopowierzchniowymi. Dobrym sposobem na oszczędzenie miejsca jest więc wykorzystanie ogromnej powierzchni spiętrzonej wody w celu umieszczenia tam paneli słonecznych na urządzeniach pływających takich jak pontony, pływaki i membrany.

Do innych zalet związanych z umieszczaniem instalacji fotowoltaicznych na elektrowniach wodnych należy zwiększenie wydajności ogniw dzięki chłodzącemu efektowi wody, hamowanie przez panele procesu parowania, co oszczędza wodę dla elektrowni, oraz zmniejszenie ilości glonów zarastających zbiornik wodny.

Choć jest to stosunkowo nowa technologia, pływających instalacji solarnych przybywa w bardzo szybkim tempie i mogą one być przyszłością energetyki odnawialnej.

Instalacje hybrydowe: : fotowoltaika + biomasa

Biomasa jest tanim i ekologicznym źródłem energii, jednak jej wykorzystanie często wiąże się z koniecznością użycia paliw kopalnych, czy to do uzyskania energii do gazyfikacji biomasy, czy do wyrównywania mocy systemu. Aby produkcja energii z biomasy rzeczywiście była zeroemisyjna, energia wykorzystywana przy jej przemianach musi pochodzić ze źródła odnawialnego. Do tego celu można wykorzystać termiczną energię słońca.

Duże systemy na biomasę (1-100 MW) potrzebują dużo czasu na uruchamianie i wygaszanie, natomiast ich praca pod częściowym obciążeniem skutkuje zmniejszoną sprawnością. Dlatego wymagają one dodatkowych urządzeń na paliwa kopalne lub magazynów energii. Alternatywnym rozwiązaniem jest zastosowanie kolektorów słonecznych, zamieniających energię promieniowania słonecznego na ciepło. Ta technologia może zredukować potrzebę wykorzystania kotłów na zrębki drzewne i nawet zupełnie zastąpić wspomagające systemy na paliwa kopalne. To pozwoli na redukcję emisji i kosztów.

Instalacje hybrydowe: OZE + magazyny energii

Do hybrydowych instalacji energii odnawialnej należą także systemy wykorzystujące jedno źródło odnawialne połączone z magazynem energii. Przy małych instalacjach OZE popularne jest stosowanie baterii akumulatorów. W przypadku zastosowania elektrowni słonecznych z magazynowaniem energii w akumulatorach nie jest jednak możliwe zapewnienie ciągłości zasilania. Wynika to z faktu, że produkcja energii słonecznej jest silnie zależna od warunków pogodowych i pory roku, natomiast układ jest w stanie magazynować energię tylko na krótkie okresy czasu.

W celu zapewnienia niezależności układowi tego rodzaju można dodatkowo zastosować ogniwa paliwowe. Przy wykorzystaniu systemu automatycznego nadzoru możliwe jest sterowanie źródłami energii i optymalizacja ich wykorzystania.

W instalacjach wielkoskalowych efektywnym rozwiązaniem może być wykorzystanie do magazynowania energii elektrowni szczytowo-pompowych. Przykładem może być elektrownia wiatrowa, która przy silnym wietrze produkuje ilość energii przewyższającą zapotrzebowanie. Nadwyżka energii może zostać wykorzystana do pompowania wody z niższych poziomów na wyższe. Następnie, gdy sama energia wiatru nie jest w stanie pokryć zapotrzebowania, woda spływa w dół, poruszając turbiny i produkując energię elektryczną.

Przyszłość hybrydowych instalacji energii odnawialnej

W tworzeniu hybrydowych instalacji OZE przodują obecnie Indie, których celem jest osiągnięcie 100 GW energii ze słońca oraz 60 GW z wiatru do roku 2022 oraz Australia, gdzie wymagania dotyczące sieci są coraz bardziej zacieśniane.

Hybrydowe instalacje energii odnawialnej pozwalają na stosowanie OZE na większą skalę, w sposób zoptymalizowany i efektywny ekonomicznie. Wykazują to istniejące od kilku czy kilkunastu lat systemy. Dzięki temu stają się one coraz popularniejsze. W najbliższej przyszłości technologie tego typu mogą zdominować rynek energii odnawialnej.