Produkcja energii elektrycznej i ciepła przyczynia się do jednej czwartej wszystkich światowych emisji pochodzących ze spalania paliw kopalnych.

Bez znalezienia sposobu na dekarbonizację światowych dostaw energii nie osiągniemy zapowiadanej do 2050 roku zerowej emisji gazów cieplarnianych i nie uniezależnimy się od zanieczyszczających środowisko elektrowni opalanych paliwami kopalnymi. Od 2010 roku szybki rozwój energii wiatrowej i słonecznej sprawił, że udział energii elektrycznej produkowanej przez źródła odnawialne wzrósł z 20 do prawie 30%. Według Międzynarodowej Agencji Energii do 2023 roku łączna moc zainstalowana w elektrowniach wiatrowych i słonecznych przewyższy moc gazu ziemnego, do 2024 roku wyprzedzi węgiel, a rok później źródła odnawialne jako całość mają stać się pojedynczym największym źródłem wytwarzania energii elektrycznej na świecie. Jednak sieci z dużym udziałem energii wiatrowej i słonecznej są podatne na nagłe wahania w dostawach energii elektrycznej. Kiedy niebo się zachmurza lub wiatry się uspokajają, energia elektryczna po prostu znika z sieci, pozostawiając przedsiębiorstwom energetycznym konieczność wypełnienia luki przy użyciu paliw kopalnych. Dlatego poszukuje się sposobów na akumulację nadmiarów energii elektrycznej produkowanych przez niestabilne źródła odnawialne – w szczególności solarne i wiatrowe.

Firma Polar Night Energy uruchomiła w 2022r. w Finlandii pierwszy na świecie komercyjny akumulator ciepła oparty na piasku. Technologia umożliwia przekształcenie „zielonej” energii elektrycznej w ciepło i skumulowanie jej przed sezonem grzewczym. Akumulator piaskowy znajduje się na terenie elektrowni Vatajankoski i dostarcza już ciepło do pobliskiego miasta Kankaanpää. Nośnikiem energii jest około 100 ton piasku wypełniającego stalowy kontener o wymiarach 4×7 m. Akumulator ma 100 kW mocy cieplnej i 8 MWh pojemności. Piasek pozwala w niewielkiej objętości zakumulować i przechować ciepło przez wiele miesięcy. Energia elektryczna pochodząca z paneli solarnych, elektrowni wiatrowych oraz ciepło odpadowe z okolicznych przedsiębiorstw są wykorzystywane do podgrzewania magazynu do około 500°C. Odbiór ciepła z magazynu odbywa się przy wykorzystaniu powietrza, przez co system – w zależności od pory roku – pozwala na podgrzanie wody w sieci ciepłowniczej do 60-100°C.

Oryginalnym pomysłem na gromadzenie nadwyżek energii elektrycznej jest również budowany obecnie w Berlinie wodny magazyn ciepła o mocy 200 MW, co wystarczy do zaspokojenia większości zapotrzebowania miasta na ciepłą wodę latem i około 10% potrzeb zimą. Inwestycja firmy Vattenfall przypomina termos, jednak jego pojemność wynosi 13 godzin, co czyni go jednym z największych tego typu rozwiązań na świecie. Układ ma pozwalać na podgrzewanie wody do temperatury 98°C oraz być zasilany nadwyżkami energii elektrycznej pochodzącymi z niemieckich elektrowni słonecznych i wiatrowych.

Innym ciekawym rozwiązaniem akumulacji energii elektrycznej jest pomysł firmy Energy Vault, która w południowej Szwajcarii, w mieście Arbedo-Castione, wybudowała wieloramienny dźwig, podnoszący i opuszczający 35 tonowe bloki na wysokość 66 m. Idea działania dźwigu polega na zamianie energii potencjalnej bloków betonowych na energię elektryczną i na odwrót. Cały proces jest możliwy dzięki wykorzystaniu silników elektrycznych pełniących jednocześnie funkcje generatorów prądu. Podczas występowania nadwyżek energii odnawialnej w sieci, bloki są układane w stos, który następnie w momencie, gdy zapotrzebowanie na energię elektryczną przewyższa aktualną produkcję jest na powrót rozbierany. W ciągu 30 sekund, podczas których bloki opadają, generowane jest ok. 1 MW energii elektrycznej, co wystarczy, aby zasilić ponad 100 domów. Układ pełni na razie funkcje prototypu, ale szacuje się, że jego pełnowymiarowa wersja miałaby pracować w oparciu o 7000 bloków i zapewnić energię elektryczną wystarczającą do zasilenia kilku tysięcy domów przez 8 godzin.

Systemy akumulacji nadwyżek energii elektrycznej pozostają jak na razie w fazie prototypów lub demonstratorów, jednak w obliczu sukcesywnego wzrostu udziału źródeł niestabilnych w ogólnym bilansie wytwarzania energii elektrycznej, magazyny energii staną się nieodłącznym elementem systemów elektroenergetycznych jutra.

 



Autor: Rafał Bigda
Zakład Gospodarki o Obiegu Zamkniętym
kontakt: rbigda@itpe.pl  |  tel.: 32 621 62 13