Elektrownie szczytowo-pompowa działają w Stanach Zjednoczonych od lat dwudziestych XX wieku a baterie są używane od początku XIX wieku. Pomysł na magazynowanie energii nie jest więc nowy. Jednak wzrost zapotrzebowania na zieloną energię prowadzi do powstawania nowych rozwiązań technologicznych w zakresie magazynowania energii.
Energia wiatrowa i energia słoneczna dominuje w nowych elektrowniach, ale wytwarzana się ją tylko o określonych porach. Dlatego istnieje zapotrzebowanie w postaci uzupełniającej technologii, która pomoże wypełnić luki. Długotrwałe magazynowanie energii to ważny temat dyskusji wielu producentów energii i analityków rynku. Wszyscy zgodnie twierdzą, że firmy prowadzące prace nad długoterminowymi opcjami magazynowania energii mają duży potencjał i perspektywy rozwoju.
Kiedy świat zaczyna w większym stopniu korzystać z odnawialnych źródeł energii to istotna staje się kwestia przechowywania zielonej energii w celu późniejszego jej wykorzystania. Choć pomysł na magazynowanie energii nie jest nowy to jednak wciąż musi być intensywnie rozwijany. Wzrost zapotrzebowania na energię prowadzi do powstawania nowych rozwiązań technologicznych w zakresie magazynowania energii a istniejące już technologie są nieustannie ulepszane. Przykładem tego są elektrownie szczytowo-pompowe, które mimo, że działały w Stanach Zjednoczonych już w latach dwudziestych XX wieku to od tamtego czasu są często ulepszane. Podobnie sytuacje wygląda w przypadku baterii używanych od początku XIX. One także wciąż są rozwijane i co jakiś czas dowiadujemy się o powstawaniu ich nowych, lepszych opcji. Przyjrzyjmy się najbardziej obiecującym technologiom magazynowania energii.
Magazyny energii w postaci elektrowni wodnych
Elektrownie wodne szczytowo-pompowe (PSH – pumped-storage hydro) to wielkoskalowe magazyny energii, które wykorzystują siłę grawitacji fizycznej do wytwarzania energii elektrycznej. Elektrownia przenosi wodę z niskiego do wysokiego zbiornika, z którego w razie potrzeby opada. Zgodnie z tą koncepcją woda pompuje się na wyższe wysokości w celu przechowywania w okresach niskiego kosztu energii oraz w okresach wysokiego wytwarzania energii odnawialnej. W momencie zapotrzebowania na energię elektryczną, wodę można odprowadzić z powrotem do dolnego basenu i w taki sposób generuje się energię za pomocą turbin.
Rozwój odnawialnych źródeł energii dał zupełnie nowe spojrzenie na tę starą technologię. Innowacje umożliwiły elektrowniom wodnym regulację prędkości. Dzięki temu są one w stanie lepiej reagować na potrzeby sieci energetycznych i mogą pracować w obiegach zamkniętych. Tradycyjne elektrownie szczytowo-pompowe potrzebują mieć dostęp do stale przepływającego źródła wody. Natomiast zamknięte układny elektrowni wodnych już nie potrzebują takiego podłączenia. To daje możliwość działania elektrowni szczytowo-pompowych w większej liczbie miejsc.
Magazyny energii w postaci wieży ułożonej z bloków
Pomysł polega na ograniczeniu zużywania baterii lub pompowania wody. W zamian za to można zmagazynować nadwyżkę mocy automatyzując pracę sześcioramiennego dźwigu. Dźwig ma za zadanie ułożyć tysiące specjalnie zbudowanych, 35-tonowych monolitów w wieżę. Bloki zrzuca się ponownie w momencie, w którym istnieje zapotrzebowanie na uwolnienie mocy. Autorem pomysłu jest startup Energy Vault.
Energy Vault opracowuje koncepcję inspirowaną elektrowniami wodnymi szczytowo-pompowymi. Pomysł pojawił się w wyniku rozważań nad grawitacyjnym składowaniem hydro-pompowym. To próba połączenia tradycyjnego mechanizmu elektrowni wodnej ze zdobyczami techniki – wykorzystanie maszyn, dźwigów itp. Opisywana technologia jest dostosowana do większej różnorodności geograficznej i ma pozwolić na uniknięcie niektórych ograniczeń.
Magazyny energii w postaci skroplonego powietrza
Magazyny energii w postaci ciekłego powietrza to interesująca nowinka technologiczna. Mechanizm ten opracował startup Highview Power. Udoskonalenie go zajęło około 15 lat.
Technologia ciekłego powietrza polega na chłodzeniu powietrza i magazynowaniu go w ciśnieniowych zbiornikach naziemnych. Do tego celu firma wykorzystuje urządzenia sprężające i agregaty prądotwórcze. Dzięki nim można magazynować energię w sieci.
Magazyny energii w postaci sprężonego powietrza
Pomysł na magazyny energii w postaci podziemnego sprężonego powietrza polega na wykorzystaniu nadmiaru energii elektrycznej do pompowania sprężonego powietrza do odpowiedniej formacji podziemnej. Podziemie to działa jak olbrzymi zbiornik magazynowy. Uwolnienie sprężonego powietrza w taki sposób umożliwia zakładom przemysłowym ponowne wytwarzanie energii elektrycznej w momencie, w którym wystąpi zapotrzebowanie.
Firma Hydrostor proponuje nieco inne podejście. Jej koncepcja opiera się na wtłaczaniu sprężonego powietrza do specjalnie wybudowanych lub istniejących już wnęk (np. do opuszczonych szybów kopalnianych) i na używaniu wody w celu utrzymania ciśnienia. Woda utrzymuje rzeczy pod stałym ciśnieniem, co pozwala na użycie mniejszych wnęk niż te, które zwykle stosowane są tradycyjnie.
Do zalet omawianej technologii należy uwolnienie magazynów sprężonego powietrza od ograniczeń geologicznych i zmniejszanie ryzyka technologicznego, gdyż używany sprzęt jest znany i powszechnie wykorzystywany w innych branżach.
Magazyny energii w postaci baterii litowo-jonowych
Akumulatory kwasowo-ołowiowe były jednymi z pierwszych technologii akumulatorów wykorzystywanych do magazynowania energii. Jednak nie są one bardzo popularne, ponieważ mają niską gęstość energii i krótką żywotność. Tych ograniczeń udało się uniknąć w bateriach litowo-jonowych.
Akumulatory litowo-jonowe są w tej chwili jedną z najszerzej wykorzystywanych technologii magazynowania energii. Zajmuje one ponad 90% światowego rynku akumulatorów sieciowych. W porównaniu z innymi rodzajami akumulatorów, akumulatory litowo-jonowe mają wysoką gęstość energii i są niezwykle lekkie. Innowacje mają na celu sprawienie, by akumulatory litowo-jonowe były jeszcze bardziej konkurencyjnymi pod względem długoterminowego przechowywania.
Magazyny energii w postaci baterii przepływowych
Alternatywą dla akumulatorów litowo-jonowych są baterie przepływowe. Mimo, że akumulatory przepływowe stanowią mniej niż 5% rynku akumulatorów służących do magazynowania energii to technologia jest bardzo wartościowa. Jej przewagą jest możliwość zastosowania w projektach magazynowania energii, które wymagają dłuższego czasu magazynowania energii. Baterie przepływowe cechują się stosunkowo niską gęstością energii i długim cyklem życia. Są dobrze przystosowane do zasilania ciągłego.
Magazyny energii w postaci baterii półprzewodnikowych
Akumulatory półprzewodnikowe służą do magazynowania energii w sieci na dużą skalę. Mają pod tym względem istotną przewagę nad bardziej popularnymi akumulatorami litowo-jonowymi. Ich przewaga polega na mniejszej objętości i większym bezpieczeństwie.
Baterie półprzewodnikowe mają elektrolity stałe o wyższej gęstości energii. Zaletą elektrolitów stałych jest ich mniejsza podatność na pożary w porównaniu do elektrolitów ciekłych występujących w bateriach litowo-jonowych. Te cechy baterii półprzewodnikowych sprawiają, że nadają się one do stosowania w sieciach o dużej skali. Póki co jednak ta technologia dopiero się rozwija, więc wiąże się z wyższymi kosztami.
Magazyny energii w postaci ogniw z wodoru
Wodorowe ogniwa paliwowe produkują energię elektryczną dzięki połączeniu wodoru i tlenu. Do najważniejszych zalet tych magazynów energii zaliczyć należy to, że są ciche , niezawodne, mają wysoką gęstość energetyczną, małą powierzchnię i nie wydzielają szkodliwych emisji do środowiska. Jedynym produktem ubocznym zasilania ogniwami z wodoru jest woda. Dodatkowo proces da się odwrócić, co jest przydatne do magazynowania energii.
Wodorowe ogniwa paliwowe wykorzystuje się jako główne lub zapasowe źródło zasilania krytycznych obiektów, np. centrum danych, przekaźników telekomunikacyjnych, przetwarzania kart kredytowych i wielu innych.
Źródła: