W jaki sposób można magazynować energię elektryczną

W jaki sposób można magazynować energię elektryczną – problem magazynowania energii elektrycznej jest obecnie jednym z kluczowych dla całej światowej energetyki. Nowoczesne technologie są w stanie zapewnić wystarczający poziom wytwarzania, ale nadal brak opłacalnych technologii magazynowania, co ogranicza możliwości reformy sektora.

Czym jest magazynowanie energii? To czynność związana z doborem energii elektrycznej w celu odroczenia jej końcowego wykorzystania w czasie późniejszym niż w momencie jej wytworzenia, przekształcenia jej w inny rodzaj energii, w którym może być magazynowana i dalsze przetwarzanie tej energii na energię elektryczną w celu wprowadzenia jej do systemu przesyłowego, systemu dystrybucyjnego, sieci elektrowni lub sieci odbiorców.

W jaki sposób można magazynować energię elektryczną?

Jednym z ważnych problemów współczesnej elektroenergetyki są wahania zużycia energii elektrycznej. Ze względu na to, że jest bardziej aktywnie wykorzystywana w dzień niż w nocy, elektrownie doświadczają nagłych zmian obciążenia, prowadzących do nieefektywnego jej wykorzystania. Wraz z przejściem na odnawialne źródła energii kwestia wahań zużycia energii elektrycznej staje się coraz poważniejsza. Wiele z tych źródeł nie pozwala na ciągłe wytwarzanie energii, dlatego często stosuje się je w połączeniu z klasycznymi. W takim przypadku przepięcia elektrowni będą zależeć nie tylko od pory dnia, ale także od pory roku i warunków pogodowych, a regulacja ich pracy będzie utrudniona.

Zasoby wodne do magazynowania energii elektrycznej

Świat już pod koniec XIX wieku opanował zrozumiałą technologię mechanicznego magazynowania energii, obecnie w budowę nowych elektrowni szczytowo-pompowych. Zasada działania elektrowni szczytowo-pompowej jest prosta: gdy trzeba zmagazynować energię elektryczną, pompa pompuje wodę do górnego zbiornika. Gdy konieczne jest doprowadzenie prądu do sieci, woda jest odprowadzana w dół do turbiny pod wpływem grawitacji. Jednak kilka podstawowych problemów utrudnia szerokie wprowadzenie technologii elektrowni szczytowo-pompowych. Pierwszym problemem jest konieczność wybrania terenu naturalnego o dużej różnicy wzniesień. Problemem jest konieczność zalania ogromnego obszaru, co prowadzi zarówno do spadku wydajności ze względu na parowanie wody i lokalne konsekwencje dla środowiska.

Elektrochemia do magazynowania energii

Prywatna mikroelektrownia, czyli forma znanej elektrowni fotowoltaicznej, działa bardzo prosto. Pochłaniając energię słoneczną, panele fotowoltaiczne tworzą tzw. zjawisko fotowoltaiczne tzn. zamianę energii słonecznej na prąd stały. Akumulatorowy system magazynowania energii słonecznej jest stosowany zarówno w systemach solarnych podłączonych do sieci, jak i poza siecią. Głównym celem doboru akumulatora jest posiadanie takiego, który poradzi sobie z obciążeniem z zestawu paneli fotowoltaicznych i zapewni wystarczającą ilość zmagazynowanej energii dla konkretnych potrzeb bez konieczności regularnego rozładowywania.

Zawsze trzeba dobierać rozmiar paneli słonecznych większy niż akumulator, aby zrekompensować takie czynniki, jak spadki napięcia, przerwy w dostawie prądu i marnowanie energii z powodu zużycia systemu. Możliwość zapewnienia zasilania awaryjnego podczas przedłużających się przerw w dostawie prądu i dostarczania czystej energii, gdy sieć najbardziej jej potrzebuje, a nie tylko wtedy, gdy świeci słońce, to dwie korzyści. Z tych i innych powodów wielu ekspertów na rynku uważa, że przyszłość sieci będzie w dużym stopniu zależeć od połączenia technologii słonecznych i technologii magazynowania.

Akumulatory do magazyny energii elektrycznej

Największe dotychczas wysiłki na świecie koncentrowały się w dziedzinie technologii magazynowania elektrochemicznego opartego na oddziaływaniu dwóch elektrod i specjalnego płynu – elektrolitu. Na tej zasadzie działają znane baterie ołowiowe, alkaliczne i litowe. Kluczową przewagą elektrochemii nad magazynowaniem mechanicznym jest wysoka gęstość magazynowania energii, która zmniejsza wagę i objętość baterii.

Jak rozwiązać problem efektywnego wykorzystania energii? Za pomocą systemów magazynowania energii – akumulatory, które są instalowane na określonym obszarze. Są w stanie magazynować nadmiar energii elektrycznej wytworzonej w okresach niskiego zużycia i rozprowadzać zgromadzoną energię w okresach intensywnego użytkowania. Dziś takie rozwiązania wykorzystują akumulatory litowo-jonowe, ale mają małą pojemność i wypłukiwanie katody stopniowo się zmniejsza, co zwiększa koszt magazynowania energii. Obecnie opracowywane są akumulatory magnezowo-siarkowe, które będą miały od dwóch do dwóch i pół razy większą pojemność niż akumulatory litowo-jonowe. Może to znacznie obniżyć koszty magazynowania energii elektrycznej.

Inne rozwiązania magazynowania energii elektrycznej

Jednym z najbardziej egzotycznych sposobów jest magazynowanie sprężonego powietrza. Pomysł jest zapożyczony z magazynów gazu: pod ziemią powietrze jest wpompowywane do jaskini krasowej pod wysokim ciśnieniem i uwalniane we właściwym czasie. Około 10 lat temu duże nadzieje wiązano z kołami zamachowymi: ciężkie konstrukcje obracają się z minimalnym tarciem, oszczędzając energię lub przenosząc ją do generatora. Koła zamachowe z reguły okazały się mieć bardzo małą moc i ze względu na szybkie przyspieszenie zakorzeniły się, aby utrzymać częstotliwość.

Akumulację cieplną można również przypisać wielu ekstrawaganckim technologiom przechowywania. Energia elektryczna za pomocą ogromnej puszki z solą zamieniana jest na ciepło, które może być przechowywane przez długi czas i zamieniane z powrotem na energię elektryczną. W ten sposób można go zamienić na energię elektryczną i słoneczną.