Historia magazynowania energii

Przywykliśmy odnosić pojęcie magazynowania energii do najnowszych trendów w energetyce, warto jednak pamiętać, że jego historia jest bardzo długa, a sposoby – bardziej różnorodne, niż można by się spodziewać.

Prehistoryczne sposoby magazynowania energii

Już w czasach gospodarki zbieracko-łowieckiej nasi przodkowie zdawali sobie sprawę, że źródła energii można gromadzić do późniejszego wykorzystania. Najbardziej oczywistym tego przykładem jest zbieranie przez nich drewna, które później wykorzystywano do rozpalenia ognia, dającego możliwość gotowania jedzenia i ogrzewania się – początek tej praktyki datowany jest na wczesną epokę kamienia. W czasach młodszej epoki kamiennej stosowane było koło garncarskie, protoplasta koła zamachowego. Człowiek prehistoryczny doceniał także znaczenie potencjalnej energii grawitacji – znane są przykłady fortyfikacji umiejscowionych na wzgórzach, na których gromadzono głazy i drewniane kłody, które w razie ataku można było zrzucać na szturmujących wrogów. Nie można pominąć też magazynowania energii chemicznej zawartej w pożywieniu, czyli po prostu przechowywania żywności.

Magazynowanie energii po rewolucji rolniczej

Gdy ludzie opanowali metodę przekształcania energii słonecznej na energię chemiczną zawartą w żywności, jaką umożliwiało rolnictwo, nastąpiło przejście z koczowniczego trybu życia na osiadły oraz pojawiły się nowe wynalazki wykorzystujące magazynowanie energii. Rozwijane były sposoby irygacji terenów nieuzyskujących wystarczającej ilości opadów, z których część opierała się na wykorzystaniu energii wód płynących. Na uwagę zasługuje fakt, że najwcześniejsze znane ogniwo galwaniczne pochodzi z okolic roku 200 p. n. e. Przez tysiące lat trwania epoki agrarnej nie dokonywały się jednak znaczące zmiany w stosowanych na szeroką skalę sposobach przechowywania energii.

Rola magazynowania energii w rewolucji przemysłowej

Zmiany w technologiach wytwarzania, jakie następowały w drugiej połowie XVIII i na początku XIX w., spowodowały wzrost znaczenia magazynowania energii. Maszyna parowa, niezbędna w wielu gałęziach rozwijającego się przemysłu, wykorzystywała koło zamachowe do krótkotrwałego gromadzenia energii kinetycznej wytworzonej w wyniku rozprężania przegrzanej pary wodnej.

W latach 90. XVII w. Alessandro Volta przeprowadzał eksperymenty, w których umieszczał różne metale w roztworach soli. Zbudował stos z płytek cynkowych i miedzianych, który stał się źródłem energii elektrycznej. Ogniwo Volty szybko zyskało popularność jako źródło energii dla badań laboratoryjnych, m. in. pierwszej elektrolizy wody oraz wyodrębnienia pierwiastków chemicznych: boru, baru, wapnia, magnezu i strontu. W 1859 r. zostało ono wykorzystane do magazynowania energii dla telegrafii, jednak ze względu na ograniczenia wynikające ze swojej budowy i szybką korozję ogniwo Volty nie miało zastosowań przemysłowych.

Początki przemysłowej produkcji baterii

Pod koniec XIX w. szersze zastosowanie elektryczności m. in. do oświetlenia spowodowało dalszy rozwój form magazynowania energii. W 1880 r. rozpoczęła się masowa produkcja akumulatorów kwasowo-ołowiowych, które do tej pory wykorzystywane są w samochodach i innych pojazdach oraz stanowią elementy zasilania awaryjnego budynków, natomiast w 1899 wynaleziono akumulator niklowo-kadmowy, również wykorzystywany do dzisiaj. Choć te rodzaje baterii były od tamtej pory wielokrotnie udoskonalane, to jednak za prawdziwy przełom uważana jest komercjalizacja baterii litowo-jonowej, która nastąpiła w roku 1992. Ponieważ charakteryzuje się ona dużą gęstością energii i zdolnością do bardzo szybkiego jej uwalniania, stała się podstawowym sposobem zasilania urządzeń elektronicznych, w których podstawą jest mobilność, jak laptopy i telefony komórkowe.

Superkondensatory

Na początku lat 60. ubiegłego wieku został opatentowany kondensator o pojemności wielokrotnie przewyższającej pojemność klasycznego kondensatora, znany dzisiaj jako superkondensator. Choć gęstość energii, jaką można w nim zgromadzić, jest mniejsza, niż w przypadku akumulatora litowo-jonowego, to gęstość mocy, jaką można uzyskać przy jego użyciu jest większa (potrafi przyjmować i oddawać energię szybciej), co sprawia że jest dziś używany m. in. w motoryzacji i energetyce a także niektórych urządzeniach elektronicznych.

Nadprzewodnikowe zasobniki energii

Na początku lat 70. w Stanach Zjednoczonych, Rosji, Japonii, Francji i Wielkiej Brytanii rozpoczęto pracę nad technologią przechowywania energii w nadprzewodnikach umieszczonych w polu magnetycznym (SMES – superconducting magnetic energy storage). Pierwszy nadprzewodnikowy zasobnik energii używany zarówno w celach eksperymentalnych, jak i komercyjnych, powstał w roku 1982. Obecnie wykorzystywane są one do poprawy jakości energii przy specjalistycznej produkcji, przy której przerwy w zasilaniu mogłyby spowodować znaczne straty, do przechowywania energii dla urządzeń typu lampy fleszowe i lasery, a także do stabilizacji systemów energetycznych.

Zaawansowane technologie magazynowania energii

W dzisiejszych czasach rozwijane jest bardzo wiele sposobów przechowywania energii. Coraz większą popularnością cieszą się technologie, których koszty jeszcze do niedawna były zbyt wysokie, by ich komercyjne zastosowania mogły być opłacalne. Należą do nich ogniwa wodorowe – przewidywane jest, że do 2030 roku cena wodoru produkowanego z wykorzystaniem energii wiatru spadnie poniżej stale wzrastającej ceny gazu ziemnego. Inną obiecującą metodą jest skraplanie powietrza (LAES – Liquid Air Energy Storage), które następnie można rozprężać, napędzając generatory elektryczności. Jej zaletą jest wszechobecność wykorzystywanego medium oraz dowolność w wyborze lokalizacji, w której będzie wykorzystywana. Podobnie przedstawia się sytuacja pomp ciepła (PHES – Pumped Heat Electrical Storage), których stosowanie wiąże się ze stosunkowo niskimi kosztami. Na znaczeniu zyskują też akumulatory przepływowe, wykazujące się większą elastycznością konstrukcji, niż popularne obecnie akumulatory litowo-jonowe oraz technologie grawitacyjnego magazynowania energii. Możemy być pewni, że w nadchodzących latach magazynowanie energii będzie jeszcze bardziej zyskiwało na znaczeniu, a różnorodność jego metod będzie wzrastać.