Metody magazynowania energii elektrycznej
Overview of electric energy storage technologies
Liczba cykli w życiu baterii litowo-jonowej, rys. IEEE Transactions On Smart Grid
Wraz z rozwojem energetyki wiatrowej i słonecznej znaczenia nabierają elektrochemiczne magazyny energii elektrycznej. Wiodąca jest technologia litowo-jonowa, rozwijane są też baterie sodowe i przepływowe do zastosowań komercyjnych. Wykorzystanie magazynów energii przez odbiorcę końcowego może przynieść korzyści finansowe, ale wymaga optymalizacji profilu poboru energii poprzez odpowiednie zarządzanie pracą magazynu.
Zobacz także
Zakład Produkcyjny Blachotrapez Sp. z o.o. Montaż fotowoltaiki – schematy, zasada działania i niezbędne wyposażenie
Źródła odnawialnej energii cieszą się coraz większą popularnością wśród właścicieli domów jedno- i wielorodzinnych. Instalacja fotowoltaiki domowej pozwala ograniczyć rachunki za energię elektryczną praktycznie...
Źródła odnawialnej energii cieszą się coraz większą popularnością wśród właścicieli domów jedno- i wielorodzinnych. Instalacja fotowoltaiki domowej pozwala ograniczyć rachunki za energię elektryczną praktycznie do zera. Chcesz się dowiedzieć się, jak przebiega montaż modułów PV oraz jak są projektowane schematy instalacji fotowoltaicznej? Przeczytaj poniższy artykuł!
Zielona Firma Sp. z.o.o Znamy najlepszego instalatora PV w 2023 roku
Zielona Firma z Krakowa zwyciężyła w zmaganiach o tytuł „Instalatora roku”. To szósta już edycja konkursu organizowanego przez firmę Corab – lidera rynku dystrybucji komponentów PV. Szósta, i jak dotąd,...
Zielona Firma z Krakowa zwyciężyła w zmaganiach o tytuł „Instalatora roku”. To szósta już edycja konkursu organizowanego przez firmę Corab – lidera rynku dystrybucji komponentów PV. Szósta, i jak dotąd, najtrudniejsza.
BayWa r.e. Solar Systems AGRI-PV – Wszystko co musisz wiedzieć!
Temat wykorzystania fotowoltaiki w rolnictwie jest bardzo ciekawy, ale przede wszystkim ważny i potrzebny dla naszego klimatu. Ta gałąź fotowoltaiki daje szansę na podwójne wykorzystanie przestrzeni: chroniąc...
Temat wykorzystania fotowoltaiki w rolnictwie jest bardzo ciekawy, ale przede wszystkim ważny i potrzebny dla naszego klimatu. Ta gałąź fotowoltaiki daje szansę na podwójne wykorzystanie przestrzeni: chroniąc ją przed ekstremalnymi warunkami pogodowymi, a jednocześnie produkując zieloną energię z tej samej ziemi.
|
Streszczenie W artykule dokonano przeglądu dostępnych magazynów energii elektrycznej, z naciskiem na magazyny bateryjne. Opisano w nim oferowane technologie, ich przeznaczenie oraz wykorzystanie na świecie oraz w Polsce. |
|
Abstract This article provides a brief overview of the energy storage solutions currently available on the market, focusing mostly on battery storage. The article describes the available technologies, their purpose and use in the world and in Poland. |
Na przestrzeni ostatnich lat dokonuje się głęboka transformacja energetyczna. Technologie oparte głównie na spalaniu paliw kopalnych, takich jak gaz, węgiel i ropa, są zastępowane przez odnawialne źródła energii (OZE). Rządy wielu krajów ustanowiły prawa i regulacje mające na celu przyspieszenie tych zmian. Szczególnie duży nacisk na nie kładą kraje rozwinięte. W 2019 roku udział OZE w globalnej produkcji energii elektrycznej wzrósł do rekordowej wartości (10,4%) i po raz pierwszy wyprzedził udział energii jądrowej. Europa jest światowym liderem pod względem wykorzystania OZE w produkcji energii elektrycznej, z wynikiem 20,9%, co stanowi dwukrotność światowej średniej. Na rys. 1a przedstawiono globalną produkcję energii elektrycznej z podziałem na źródło, a na rys. 1b udział OZE w produkcji energii elektrycznej z podziałem na regiony.
Rys. 1. a) Światowa produkcja energii elektrycznej z podziałem na źródło; b) Udział odnawialnych źródeł energii (OZE) w produkcji energii elektrycznej z podziałem na regiony (w procentach); rys. BP Statistical Review of World Energy, 2020
Niektóre odnawialne źródła energii, szczególnie czerpiące ją bezpośrednio z wiatru i słońca, są nieprzewidywalne i niestabilne ze względu na zmienne warunki pogodowe oraz zależność od pory dnia. W celu wyeliminowania tych mankamentów stosuje się magazynowanie energii elektrycznej wyprodukowanej w sprzyjających warunkach.
Magazynowanie energii
Magazyny energii towarzyszą człowiekowi od setek lat. Występowały najczęściej pod postacią zbiorników retencyjnych na wodę o różnych rozmiarach. Ten rodzaj jest również najbardziej rozpowszechniony wśród magazynów służących do pozyskania energii elektrycznej. Udział elektrowni szczytowo-pompowych w światowych magazynach energii elektrycznej wynosi 92,6%. Na drugim miejscu znajdują się elektrochemiczne magazyny energii, stanowiące ponad 5%. Z uwagi na gwałtowny rozwój branży udział tych technologii będzie z pewnością wzrastał. Pozostałe technologie, takie jak stopione sole, magazyny ze sprężonym lub skroplonym powietrzem oraz koła zamachowe, mają niewielki udział w globalnym wykorzystaniu i to właśnie elektrochemiczne magazyny energii mogą liczyć na największy rozwój. Bardziej wnikliwa analiza dowodzi, że technologia litowo-jonowa jest w tym przypadku wiodąca, a jej udział wynosi niemal 90%. Na uwagę zasługują baterie sodowe oraz przepływowe, które pomimo wad wynikających z charakterystyki pracy i gabarytów są obecnie intensywnie rozwijane jako zamienniki technologii litowo-jonowej. Dane te ilustruje rys. 2.
Rys. 2. Udział poszczególnych technologii magazynowania energii w skali światowej; rys. CNESA Global Energy Storage Market Analysis, 28 maja 2020
Baterie litowo-jonowe są najbardziej popularne, gdyż dysponują największą gęstością energii w porównaniu do ogniw kwasowo-ołowiowych lub niklowo-kadmowych. Daje to możliwość zmagazynowania większej ilości energii w mniejszym i lżejszym opakowaniu. Jest to szczególnie ważne w samochodach elektrycznych, gdyż redukcja masy pojazdu przy zachowaniu tej samej lub większej pojemności baterii przyczynia się do zwiększenia zasięgu auta. W dobie miniaturyzacji sprzętu elektronicznego mniejsze oraz lżejsze baterie wpływają również istotnie na współczesne projekty urządzeń. Zastosowanie baterii litowo-jonowych staje się też bardziej opłacalne. Ich ceny stale spadają, co można zaobserwować na rys. 3.
Rys. 3. Ceny baterii litowo-jonowych w 2018 roku [dol./kWh]; rys. BloombergNEF
Spadające ceny baterii litowo-jonowych powodują redukcję cen magazynów energii, co czyni je bardziej dostępnymi zarówno dla osób fizycznych, jak i przedsiębiorstw. Według BloombergNEF taka tendencja będzie się utrzymywać przez najbliższe lata, dzięki czemu magazynów energii będzie przybywać, gdyż coraz więcej osób i firm będzie mogło sobie na nie pozwolić.
Wciąż trwają prace nad polepszeniem właściwości oraz zwiększeniem bezpieczeństwa baterii litowo-jonowych. Naukowcy starają się przede wszystkim wydłużyć żywotność baterii, by były one bardziej wydajne i nie generowały zbyt szybko dodatkowych kosztów związanych z ich wymianą na nowy pakiet. Obecnie baterie mogą wytrzymać w sprzyjających warunkach około 8500 cykli ładowania i rozładowania (rys. 4). Widać również, że żywotność baterii zależy od wielu czynników, wśród których głównymi są poziom rozładowania i naładowania, między jakimi bateria wykonuje pracę, oraz temperatura, przy jakiej działa magazyn energii. Dzięki coraz dokładniejszym systemom sterowania pracą baterii ich bezpieczeństwo jest coraz większe. Systemy te czuwają nad odpowiednim sposobem ładowania magazynu, a także jego rozładowywania, aby nie przepływały przez niego zbyt duże prądy oraz by nie dopuścić do przeładowania ogniw, co mogłoby się skończyć pożarem.
Rys. 4. Liczba cykli w życiu baterii litowo-jonowej w zależności od sposobu jej użytkowania; rys. IEEE Transactions On Smart Grid, marzec 2018
Najszerzej dostępne małe komercyjne magazyny energii mają pojemność od ok. 2 do ok. 20 kWh. Ich koszt waha się w granicach od kilku do kilkudziesięciu tysięcy złotych i zależy od szeregu parametrów, które przedstawiono w tabeli 1. Wszystkie wyszczególnione akumulatory są przystosowane do współpracy z instalacjami fotowoltaicznymi. Przykładowe produkty znaleziono w trakcie przeglądu ofert dostępnych na rynku polskim. Wyjątkiem jest pierwsza pozycja w tabeli, która pokazuje produkt zaoferowany bezpośrednio przez konsultanta chińskiej firmy, z którą autorzy nawiązali kontakt podczas poszukiwania informacji cenowych i specyfikacji przykładowych magazynów energii. Na podstawie tego zestawienia widać również, że większość firm oferuje różne rozmiary instalacji, w zależności od potrzeb klienta. Pokazano najmniejszy i największy przedstawiany wariant. Nie wszyscy producenci podali, jak obliczona została liczba cykli dla ich produktu. W specyfikacji technicznej zazwyczaj podaje się wartość dla spadku pojemności baterii o 20%, lecz w niektórych przypadkach stosuje się próg 50%. Komórki, dla których nie udało się znaleźć danych, zostały opatrzone skrótem NP (nie podano). Wszystkie zaprezentowane produkty opierają się na technologii litowo-jonowej. Jeśli porówna się je według współczynnika zł/kWh, można zaobserwować duży rozrzut cenowy. Może to wynikać z faktu, że rynek polski dla tego typu sprzętu jest jeszcze młody i obserwowana jest stosunkowo mała konkurencyjność oraz indywidualność projektów. Według deklaracji firm wykonawczych koszt baterii stanowi ok. 50% kosztów inwestycji. Schemat ideowy typowej instalacji z bateryjnym magazynem energii pokazano na rys. 5.
Rys. 5. Ogólny schemat instalacji z bateryjnym magazynem energii, na podst. [6]
Przykłady ze świata
W czerwcu 2019 roku elektrochemiczne magazyny energii elektrycznej osiągnęły na świecie łącznie 7,5 GW mocy, czyli 4,1% całkowitej mocy zainstalowanej w magazynach energii elektrycznej. Tylko w 2019 roku dodano 2,9 GW, było to jednak o 30% mniej niż w 2018. Największy procentowy wzrost zainstalowanej mocy odnotowały baterie litowo-jonowe, aż 85,7%. Liderem w rozwoju elektrochemicznej infrastruktury magazynującej były Stany Zjednoczone, które w pierwszej połowie 2019 roku zwiększyły swoją moc o ponad 100% w porównaniu do pierwszej połowy 2018 roku. Na rys. 6 podano liczbę powstałych w latach 2009–2014 na świecie magazynów energii, w zależności od zastosowania.
Rys. 6. Liczba magazynów energii powstałych na świecie w latach 2009–2014 w zależności od ich zastosowania [7]
Stany Zjednoczone
W USA bateryjne magazyny energii zaczęły się gwałtownie rozwijać w 2010 roku. W roku 2015 baterie litowo-jonowe stały się dominującą na rynku technologią. W 2016 pracowało tam 205 systemów o łącznej mocy 400 MW. Wielkość poszczególnych magazynów wahała się od 4 kW do 36 MW. Na rys. 7 pokazano liczbę projektów w zależności od wykorzystanej technologii. Baterie litowo-jonowe zdecydowanie przeważają – w 2016 roku stanowiły ponad 80% zainstalowanej mocy (kolor fioletowy).
Pomiędzy 2018 i 2021 rokiem ma powstać kolejne 239 MW nowej mocy zainstalowanej w magazynach energii na skalę sieciową. Przewiduje się, że do roku 2050 w USA przybędzie 50 GW mocy w wielkoskalowej energetyce wiatrowej, 150 GW w PV oraz 40 GW w bateryjnych magazynach energii. Firmy Vistra, Tesla i PG&E planują oddać do użytku cztery projekty oparte na bateriach litowo-jonowych, mające łącznie 567 MW mocy zainstalowanej oraz 2,27 GWh pojemności. Największy z nich ma mieć 300 MW mocy.
Rys. 7. Liczba elektrochemicznych magazynów energii powstających w USA w latach 1996–2016 z podziałem na rodzaj technologii [5]
Chiny
Do końca czerwca 2019 roku w Chinach oddano do użytku łącznie 1,2 GW elektrochemicznych magazynów energii, co stanowiło prawie 4% całej mocy zainstalowanej w magazynach energii w tym kraju. Zastosowania sieciowe odnotowały największy wzrost, o 56%, co względem pierwszej połowy 2018 roku oznaczało wzrost o 190%. Jeśli zaś chodzi o technologię, najpopularniejsze były baterie litowo-jonowe – odnotowały 96% wzrost, o 10% większy niż w pierwszej połowie 2018 roku. Wybrane obiekty (pracujące lub planowane) wykorzystujące baterie litowo-jonowe to:
- Daitou, 500 MWh – projekt zatwierdzony na początku 2019 r.;
- Pekin, 0,5 MW/1,5 MWh – projekt ogłoszony na początku 2019 r., jego zadaniem jest spłaszczenie profilu produkcji i poboru energii elektrycznej;
- Shenzhen, 2,15 MW/7,2 MWh – projekt ogłoszony pod koniec 2018 r., wykorzystujący baterie drugiego życia i mający za zadanie stabilizowanie sieci.
Europa
W 2019 r. w Europie oddano do użytku łącznie 1 GWh pojemności zainstalowanej w magazynach energii. Był to znaczny spadek względem 2018, kiedy zainstalowano 1,4 GWh. Magazyny usytuowane „przed licznikiem” (ang. before the meter) nadal są w fazie rozwoju i ich rynek wciąż w dużym stopniu zależy od regulacji prawnych i dotacji. Główną część magazynów energii w Europie stanowią elektrownie szczytowo-pompowe, zaznaczone na niebiesko na rys. 8.
Rys. 8. Moc zainstalowana w magazynach energii, podział ze względu na technologię oraz kraj (obiekty funkcjonujące i planowane) [10]
Na drugim miejscu pod względem zainstalowanej mocy plasują się magazyny elektrochemiczne, z bateriami litowo-jonowymi jako najpopularniejszą technologią. W przypadku magazynów elektrochemicznych niekwestionowanym liderem jest Wlk. Brytania z prawie 4,5 GW zainstalowanej mocy. Na drugim miejscu jest Irlandia z wynikiem powyżej 1,3 GW, a na kolejnym Niemcy mające powyżej 0,5 GW.
Kluczowe projekty magazynów energii w Unii Europejskiej, wyjątkowe ze względu na technologię, rozmiar lub położenie geograficzne, to:
- elektrownia Huntorf, Niemcy, 290 MW/580 MWh – pierwsza na świecie elektrownia zawodowa z magazynem energii na sprężone powietrze (CAES), przyłączona do sieci w 1978 r.;
- Cottbus (Chociebuż), Niemcy, 50 MW/53 MWh – magazyn wykorzystujący baterie litowo-jonowe, ma zostać oddany do użytku w 2020 r. i stabilizować sieć;
- Drax Re-Power, Wielka Brytania, 200 MW – projekt baterii litowo-jonowej, zatwierdzony w 2019 r.;
- Cremzow (Krzemieszów), Niemcy, 22 MW/31,6 MWh – oddany do użytku w maju 2019 roku bateryjny magazyn energii świadczący usługi regulacji częstotliwości;
- Budapeszt, Węgry, 6 MW/4 MWh – oddany do użytku w 2018 r. bateryjny magazyn energii, który ma świadczyć usługi pierwotnej i wtórnej regulacji sieci elektroenergetycznej. Pierwszy tego typu obiekt na Węgrzech i jeden z nielicznych we wschodniej Europie.
Polska
Moc zainstalowana magazynów energii w Polsce wynosi ok. 1450 MW, z czego 1370 MW w elektrowniach szczytowo-pompowych, a zaledwie ok. 20 MW w magazynach elektrochemicznych. Szacuje się, że dzięki nowym inwestycjom w odnawialne źródła energii oraz rozwojowi elektromobilności liczba ta znacząco wzrośnie. Polska Izba Magazynowania Energii podaje wartość 5000 MW jako sugerowany cel, do którego Polska powinna dążyć w zakresie wspomożenia systemu elektroenergetycznego technologiami magazynowania energii. Polski rynek tej branży również czeka na ustalenie dokładniejszych ram prawnych. Wstępne projekty takich regulacji miały trafić do Sejmu w marcu 2020 roku. Niestety proces ten się przeciąga ze względu na skutki pandemii Covid-19.
O magazynach energii wspominają ustawa o odnawialnych źródłach energii, ustawa o elektromobilności i paliwach alternatywnych oraz ustawa o rynku mocy. Nowelizacja ustaw powinna sprawić, że przepisy lepiej będą regulować zasady taryfowania i wyjaśnią charakter współpracy magazynów z siecią, odbiorcami i wytwórcami. Byłoby to dużym impulsem do działania dla potencjalnych inwestorów, którzy dzięki jaśniejszym i bardziej przystępnym przepisom mogliby liczyć na korzyści z magazynowania energii elektrycznej.
Obecnie wiodące polskie spółki energetyczne, takie jak PGE, Energa, PSE i Tauron, planują i inwestują w rozwój magazynów energii, lecz ich moc sięga najczęściej ok. 10 MW. Wyjątkiem jest projekt PGE Hańcza o mocy 20 MW oraz projekt Polskich Sieci Elektroenergetycznych (PSE) o mocy 50–100 MW, którego lokalizacja nie jest jeszcze znana. Spółka ta zaangażowana jest też w projekt demonstracyjny NEDO, wspierany dodatkowo przez japońską agencję rządową New Energy and Industrial Technology Development Organization, którego elementem jest testowanie we współpracy z Energa Wytwarzanie możliwości magazynu energii elektrycznej. Jak dotąd niewiele jest projektów prywatnych tego typu o skali powyżej 1 MW, choć pierwsi inwestorzy już przecierają szlak, np. na Dolnym Śląsku, gdzie cztery magazyny litowo-jonowe (każdy o mocy 1,9 MW i pojemności 3,8 MWh) współpracujące z turbinami wiatrowymi mają być uruchomione jeszcze w tym roku.
Projekty o mniejszej skali
Przedstawione przykłady projektów związanych z magazynowaniem energii wyróżniają się wielkością, kosztami i innowacyjnością. Magazynowanie energii elektrycznej to jednak nie tylko domena wielkich wytwórców energii, właścicieli sieci czy firm dystrybucyjnych. W ostatnich latach coraz szybciej rozwija się rynek małych magazynów przeznaczonych dla średniej wielkości przedsiębiorstw, które mogą czerpać z nich różnego rodzaju korzyści, np.:
- wspólny projekt akumulatora litowo-jonowego firmy Siemens i włoskiego wytwórcy Enel. Magazyn ma moc 500 kW oraz 600 kWh pojemności i jest wykorzystywany do stabilizacji sieci na wyspie Ventotene;
- pierwszy hybrydowy bateryjny magazyn energii zbudowany w Hiszpanii, składający się z dwóch zespołów baterii litowo-jonowych. Pierwszy z nich, o krótkim czasie reakcji, mocy 1 MW oraz pojemności 0,39 MWh, może zapewnić 1 MW mocy przez 20 min. Drugi, o długim czasie reakcji, mocy 0,7 MW i pojemności 0,7 MWh, może zapewnić 0,7 MW przez 1 godz. Magazyn ten współpracuje z farmą wiatrową o mocy 3 MW;
- polski magazyn energii o mocy 0,75 MW i 1,5 MWh, który powstał w 2016 roku w Pucku na Pomorzu. Wybudowany z zamiarem pracy z farmą fotowoltaiczną, źródłami wiatrowymi, biogazownią i odbiorcami. Tworzy lokalny obszar bilansowania.
Możliwości zastosowania magazynów energii
Zastosowanie magazynów energii elektrycznej u odbiorcy końcowego może przynieść szereg korzyści finansowych związanych z możliwością osiągnięcia przychodu lub wykazania dodatkowych oszczędności. Zdecydowana większość działań sprowadza się do optymalizacji profilu poboru energii elektrycznej poprzez odpowiednie zarządzanie pracą magazynu energii. W artykule skupiono się na metodach możliwych do zastosowania w średniej wielkości przedsiębiorstwach, tj. takich, które rozliczają się w taryfie C2X bądź wyższej. W praktyce większość wymienionych w dalszej części artykułu metod oszczędzania przeznaczona jest dla przedsiębiorstw o mocy zamówionej wyższej niż 100 kW. Strategie pracy magazynów energii oraz płynące z nich korzyści można podzielić na kilka kategorii.
1. Wykorzystanie zmian cen energii. Najbardziej oczywista forma pracy magazynu energii elektrycznej. Polega na ładowaniu magazynu w godzinach, gdy energia jest tania, oraz rozładowywaniu, gdy jest ona droższa. Ze względu na regulacje prawne należy zaznaczyć, że energia z rozładowania magazynu powinna zostać zagospodarowana na miejscu, nie zaś oddana do sieci.
W warunkach funkcjonowania średniej wielkości odbiorców końcowych wyróżnić można dwa rodzaje takiej pracy. Pierwszą z nich jest praca programowa (ang. arbitrage) polegająca na wykorzystaniu dobowej zmienności cen energii występującej na rynku energii, a dokładniej Rynku Dnia Następnego (RDN) oraz Rynku Bilansującym (RB). Strategia ta zakłada ładowanie magazynu w godzinach, gdy energia jest tania, oraz rozładowanie, gdy jest droższa. Możliwa jest do wdrożenia także w przedsiębiorstwach kupujących energię dzięki korzystaniu z Towarowej Giełdy Energii (TGE) bądź w oparciu o rozliczenie oparte na cenach giełdowych. Posiadanie magazynu energii może znacząco wpływać na strategię zakupową stosowaną na TGE. Korzystając z RDN, odbiorca na dobę przed realnym zużyciem ma wiedzę na temat cen występujących w danej godzinie, co daje możliwość dokładnego zaplanowania pracy magazynu energii.
Z drugiej strony w chwili kontraktowania zakupu energii na następną dobę może on zakontraktować mniejszą ilość energii po wyższej cenie, wiedząc, że w razie potrzeby będzie mógł uzupełnić brakującą ilość z magazynu. Taka strategia pozwala zminimalizować ewentualne straty związane z zakupem energii na RB, gdy ceny na nim są wysokie, a co więcej, pozwala w niektórych przypadkach na sprzedaż nadmiaru zakontraktowanej energii.
Podobną strategię mogą stosować także przedsiębiorstwa rozliczające się w oparciu o taryfy wielostrefowe z różnymi kosztami zmiennymi sprzedaży i dystrybucji energii elektrycznej. W takim przypadku sterowanie magazynem jest o wiele prostsze, ponieważ godziny, w których energia jest droga lub tania, są z góry znane. Dodatkowo warto zauważyć, że u większości OSD oraz sprzedawców energii strefa „tańsza” występuje nie tylko w nocy, ale także przez kilka godzin w ciągu dnia (dla PGE w godzinach 13–16 lub 13–19). Pozwala to na wykonanie dwóch cykli ładowania i rozładowania magazynu w ciągu jednej doby z uzyskaniem oszczędności wynikającej z różnicy cen.
2. Wyrównywanie obciążeń. Dla obiorców korzystających z grup taryfowych C2X oraz B2X dużą część rachunku za dystrybucję stanowią koszty stałe związane z mocą zamówioną. W przedsiębiorstwach o dużym poborze szczytowym mogą one stanowić nawet kilkanaście procent całkowitych kosztów dystrybucji energii elektrycznej. Równocześnie kary za przekroczenie deklarowanych mocy stanowią często ponad połowę pojedynczej faktury za dystrybucję energii. Wiele zakładów wykorzystuje moc zamówioną jedynie przez kilkadziesiąt godzin w ciągu roku, a koszty z nią związane ponosi przez cały rok. Podobnie sytuacja wygląda z przyłączami rezerwowymi, które bardzo często mają moc zamówioną taką samą jak przyłącze główne, a są wykorzystywane przez pojedyncze godziny w ciągu roku. W takich przypadkach zastosowanie magazynu energii pełniącego funkcję „strażnika mocy zamówionej” może przynieść wymierne oszczędności finansowe. Należy dodać, że godziny ze szczytowym obciążeniem pokrywają się często z godzinami o najwyższych cenach energii, a więc oszczędność na mocy zamówionej łączy się z oszczędnościami opisanymi wcześniej.
Do dodatkowego rodzaju oszczędności wynikających z ograniczenia maksymalnego poboru energii można zaliczyć oszczędności inwestycyjne związane z rozbudową przyłączy. Zdarza się, że podczas rozrostu przedsiębiorstwa szacowana wcześniej moc przyłączeniowa staje się zbyt mała. Rozbudowa istniejącego przyłącza lub budowa nowego wiąże się z dość długim oczekiwaniem na wszystkie niezbędne decyzje oraz czasem trwania robót budowlanych. Zastosowanie magazynów energii może znacząco odsunąć w czasie realizację takiego przedsięwzięcia, a w przypadku gdy rozbudowa przyłącza jest niemożliwa, jest konkurencyjną alternatywą dla wykonania własnych źródeł wytwórczych.
3. Programy typu DSR. W ostatnim czasie coraz większą uwagę przyciągają w Polsce programy DSR (ang. demand side response) polegające na zmniejszeniu poboru energii elektrycznej na wezwanie operatora w zamian za uzyskanie odpowiedniej rekompensaty, płaconej zazwyczaj za gotowość do wykonania odpowiedniej redukcji. Programy te stały się ostatnio dostępne również dla mniejszych przedsiębiorstw ze względu na wprowadzony rynek mocy, a co za tym idzie rosnącą liczbę agregatorów, czyli przedsiębiorstw skupiających wiele mniejszych podmiotów wykonujących redukcje. Firmy będące agregatorami znacząco ułatwiają mniejszym podmiotom przystąpienie do programu. Z analizy rynku wynika, że minimalna redukcja poboru mocy akceptowalna przez agregatora wynosi 100 kW. Czas trwania redukcji w ciągu doby może wynieść od 4 do 12 godzin, a maksymalna łączna liczba godzin objętych redukcją w ciągu roku wynosi zazwyczaj 80. Przychody z tytułu przystąpienia do programu wahają się w granicach 100–200 tys. zł/MW redukcji.
Z punktu widzenia zastosowania magazynów energii do redukcji korzystne jest zadeklarowanie jak największej mocy na jak najkrótszy czas. W uproszczeniu, jeżeli dostępna pojemność magazynu wynosi 1000 kWh, a czas redukcji 4 godz., to deklarowana wielkość redukcji może wynieść 250 kW bez zmian harmonogramu pracy zakładu. Również ten rodzaj strategii, przy zachowaniu pewnych ograniczeń, można łączyć z pozostałymi opisanymi wcześniej.
4. Współpraca z własnymi źródłami. Magazyny energii coraz częściej wykorzystywane są do zarządzania profilami produkcji niestabilnych źródeł odnawialnych, najczęściej fotowoltaicznych oraz wiatrowych. Nadmiar energii, najczęściej z małych instalacji OZE (50–500 kWp), zostaje zmagazynowany, a następnie uwolniony w godzinach, w których produkcja energii jest niewystarczająca. Pozwala to uniknąć sprzedaży, a następnie zakupu energii z sieci, a więc ograniczyć koszty dystrybucji oraz opłaty związane z obrotem energią (prowizje, koszt certyfikatów). W przypadku mikroinstalacji zwykle bardziej opłacalne jest skorzystanie z systemu opustów. Magazynować można również energię ze źródeł sterowalnych, np. z małych agregatów kogeneracyjnych. W takim przypadku konkurencją dla magazynu jest zwyczajne sterowanie produkcją. Magazyn pozwala jednak optymalnie dobrać wielkość jednostki i zmaksymalizować wykorzystanie produkowanej energii.
Wymienione powyżej możliwości pracy magazynów energii nie są jedynymi. Skupiono się na opisaniu strategii możliwych do wdrożenia w większości średnich przedsiębiorstw. Pozostałe zastosowania magazynów energii to m.in.: utrzymanie rezerw mocy, bilansowanie sieci, optymalizacja punktów pracy źródeł wytwórczych czy utrzymywanie odpowiednich parametrów sieci. W kolejnym artykule podane zostaną obliczenia zysku wynikającego z wykorzystania magazynu energii dla każdego z wymienionych powyżej zastosowań.
Literatura
- BloombergNEF, 2019, A Behind the Scenes Take on Lithium-ion Battery Prices, https://about.bnef.com/blog/behind-scenes-take-lithium-ion-battery-prices/ (dostęp: 3.08.2020).
- BP, 2020, Statistical Review of World Energy 2020.
- China Energy Storage Alliance (CNESA), 2020, Global Energy Storage Market Analysis – 2019.Q4 (Summary), http://en.cnesa.org/latest-news/2020/2/29/cnesa-global-energy-storage-market-analysis-2019q4-summary (dostęp: 3.08.2020).
- European Association for Storage of Energy, 2020, European Market Monitor on Energy Storage, https://ease-storage.eu/category/publications/emmes/ (dostęp: 3.08.2020).
- Hart D., Sarkissian A., 2016, Deployment of Grid-Scale Batteries in the United States, George Mason University, https://davidhart.gmu.edu/wp-content/uploads/2016/11/Grid-Scale-Batteries-GMU-case-study-final-9-19-16.pdf (dostęp: 3.08.2020).
- Hesse H.C., Schimpe M., Kucevic D., Jossen A., 2017, Lithium-ion battery storage for the grid – A review of stationary battery storage system design tailored for applications in modern power grids, „Energies” 10, 2017, https://doi.org/10.3390/en10122107 (dostęp: 3.08.2020).
- IEA, 2019, Tracking Energy Integration – Energy Storage, https://www.iea.org/ (dostęp: 3.08.2020).
- IEA, 2020, Energy Storage – Analysis, https://www.iea.org/reports/energy-storage (dostęp: 3.08.2020).
- IEA, 2020, Global EV Outlook 2020, https://doi.org/10.1787/d394399e-en (dostęp: 3.08.2020).
- Office of the EU, 2020, Study on energy storage – Contribution to the security of the electricity supply in Europe.
- U.S. Energy Information Administration, 2018, U.S. Battery Storage Market Trends, U.S. Dep. Energy.
