Zasilanie gwarantowane w czasie niedoborów energii
Guaranteed power supply during power shortages
Struktura pozyskiwania energii ze źródeł odnawialnych w Polsce wg nośników w latach 2018–2021
Paliwa kopalne nie są wykorzystywane jedynie do produkcji energii elektrycznej oraz ciepła. Odgrywają także bardzo ważną rolę w transporcie oraz przemyśle chemicznym, gdzie zapotrzebowanie na nie stale wzrasta. Analizy naukowców wskazują, że przy prognozowanym dalszym wzroście liczby ludności i towarzyszącym temu znacznym wzroście zużycia energii w niedalekiej przyszłości złoża te mogą zostać całkowicie wyczerpane. Obecnie jedynym rozwiązaniem wydaje się rozwój odnawialnych źródeł energii i zastąpienie elektrowni węglowych przez elektrownie jądrowe oraz dalszy rozwój energetyki źródeł odnawialnych.
Zobacz także
FLOWAIR Sprawdź, jak prześcigniesz konkurencję dzięki SYSTEMOWI FLOWAIR
Jeżeli na co dzień zarządzasz zespołem, z pewnością wiesz, że warunki panujące w pomieszczeniach bezpośrednio przekładają się na jakość i wydajność pracy. To samo dotyczy logistyki i zarządzania towarami...
Jeżeli na co dzień zarządzasz zespołem, z pewnością wiesz, że warunki panujące w pomieszczeniach bezpośrednio przekładają się na jakość i wydajność pracy. To samo dotyczy logistyki i zarządzania towarami – musisz o nie zadbać, aby podczas składowania nie straciły swoich właściwości.
ADEY Innovation SAS ADEY – optymalna ochrona systemu grzewczego
ADEY jest wiodącym producentem filtrów magnetycznych oraz środków chemicznych stosowanych w systemach grzewczych do ich ochrony i poprawy efektywności pracy. Produkty ADEY przyczyniają się jednocześnie...
ADEY jest wiodącym producentem filtrów magnetycznych oraz środków chemicznych stosowanych w systemach grzewczych do ich ochrony i poprawy efektywności pracy. Produkty ADEY przyczyniają się jednocześnie do ochrony środowiska naturalnego, z dużym naciskiem na poprawę jakości powietrza (umożliwiają obniżenie emisji CO2 o ok. 250 kg rocznie z pojedynczego gospodarstwa domowego).
Alfa Laval Efektywna wymiana ciepła to kwestia nowoczesnych rozwiązań w wymienniku ciepła a nie tylko powierzchni grzewczej
Światowe zapotrzebowanie na energię nie staje się coraz mniejsze – wręcz przeciwnie. W nadchodzących latach coraz trudniej będzie utrzymać konkurencyjność, ponieważ firmy na każdym rynku i w każdej branży...
Światowe zapotrzebowanie na energię nie staje się coraz mniejsze – wręcz przeciwnie. W nadchodzących latach coraz trudniej będzie utrzymać konkurencyjność, ponieważ firmy na każdym rynku i w każdej branży poszukują nowych sposobów maksymalizacji wydajności przy jednoczesnym obniżeniu kosztów energii i udoskonaleniu swojego wizerunku w zakresie ochrony środowiska. Wyzwania te będą złożone i wieloaspektowe.
Opierając się na doświadczeniach Australii, można wysnuć wniosek, że bazowanie głównie na OZE może się okazać niewłaściwe i prowadzić do wyłączeń sieci na znacznych obszarach kraju [1]. Innym przykładem jest Norwegia, gdzie ok. 98% energii wytwarzanej jest z hydroenergetyki, co powoduje, że cena energii w miesiącach letnich jest zaliczana do najniższych w Europie, natomiast zimą, gdy rzeki są zamarznięte, a energia elektryczna produkowana jest z elektrowni konwencjonalnych, ceny energii elektrycznej odznaczają się znacznym wzrostem [1].
Polityka energetyczna
Zgodnie z dyrektywą Parlamentu Europejskiego i Rady nr 2009/28/WE z dnia 23 kwietnia 2009 r. w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych państwa członkowskie zostały zobowiązane do zapewnienia określonego udziału energii ze źródeł odnawialnych w końcowym zużyciu energii brutto w 2020 r. Obowiązkowe krajowe cele ogólne składają się na założony 20-proc. udział energii ze źródeł odnawialnych w końcowym zużyciu energii brutto we Wspólnocie.
Dla Polski cel ten został ustalony na poziomie 15%. Według danych GUS, cel ten został osiągnięty w 2021 r. – wskaźnik udziału energii ze źródeł odnawialnych w końcowym zużyciu energii brutto wyniósł 15,62% [2].
Obecnie na terenie Polski produkcja zielonej energii opiera się głównie na biopaliwach (ok. 69%). Oprócz nich stosunkowo duży udział ma energetyka wiatrowa (10,9%). Zdecydowanie mniej energii wytwarza się przy użyciu słońca (3,31%), pomp ciepła (2,89%), biogazu (2,49%), energii wody (1,57%) czy spalania odpadów komunalnych (1,16%). Śladowy udział ma zaś energia pozyskiwana ze źródeł geotermalnych (0,22%) [2].
Rodzaje magazynów energii
Obecnie dostępnych jest wiele technologii magazynowania energii, a kolejne znajdują się w fazie badań i rozwoju. Do magazynów energii należy zaliczyć m.in.: elektrownie szczytowo-pompowe (PHS), pneumatyczne magazyny energii (CAES), magazynowanie ciekłego powietrza (LAES), kinematyczne magazyny energii (FES), ogniwa elektrochemiczne (BES) oraz ogniwa przepływowe (VRFB), superkondensatory (UC), cewki nadprzewodzące (SMES), ogniwa paliwowe, m.in. wodorowe (H2), a także systemy magazynowania energii cieplnej, do których zaliczane są materiały zmiennofazowe i stopione sole (PCM/MS) oraz zasobniki ciepła (TES) [3].
Elektrownie szczytowo-pompowe
W elektrowniach szczytowo-pompowych energia elektryczna (w okresach nadmiaru produkcji w stosunku do zapotrzebowania) zamieniana jest na energię potencjalną wody przepompowywanej z dolnego do górnego zbiornika, a następnie (w okresach szczytu obciążenia) energia masy wody zamieniana jest w hydrogeneratorze na energię elektryczną. W systemach tych magazynowane są bardzo duże ilości energii, możliwe są pobory dużych mocy (od dziesiątek do setek MW), a ich okresy ładowania–rozładowania sięgają godzin lub dni. Osiągają one sprawności rzędu 80%, a okres ich eksploatacji szacowany jest na 30–50 lat. Możliwości ich zastosowania w dużym stopniu zależą od warunków hydrogeologicznych terenu. Są to bardzo kosztowne przedsięwzięcia [3, 4]. Wykorzystywane są głównie w celach optymalizacji zarządzania energią w systemach elektroenergetycznych.
Pneumatyczne magazyny energii
W systemach tych energia magazynowana jest pod postacią sprężonego gazu (powietrza – przy ciśnieniu do około 100 atmosfer), a następnie przetwarzana na energię elektryczną (za pomocą generatorów oraz przekształtników energoelektronicznych). Wykorzystanie zasobników ze sprężonym powietrzem jest uzależnione od istnienia w pobliżu naturalnych zbiorników podziemnych (jaskinie, kopalnie, groty) o odpowiedniej szczelności. Umożliwiają gromadzenie bardzo dużych ilości energii i eksploatację przy dużych zmianach poboru mocy. Osiągają sprawności rzędu 60–80%, a ich trwałość wynosi ok. 20–40 lat. Mankamentem są silne wzajemne zależności ciśnienia i temperatury. Rozpatrywane są jako alternatywa dla elektrowni szczytowo-pompowych w systemach elektroenergetycznych [3, 4].
Magazynowanie ciekłego powietrza
LAES (ang. liquid air energy storage) to kriogeniczny system magazynowania energii. Powietrze otoczenia jest zasysane do instalacji, sprężane, a następnie schładzane do temperatury –196°C i umieszczane w izolowanych zbiornikach niskociśnieniowych. W takich warunkach zmienia ono stan skupienia, stając się cieczą. Pod tą postacią wywiera o wiele niższe ciśnienie na ścianki zbiornika. Dodatkowo ciekły stan skupienia pozwala w tej samej objętości zmagazynować go znacznie więcej, niż gdyby było przetrzymywane w postaci gazu. Schłodzone powietrze można przechowywać przez wiele godzin, a nawet dni. Podczas niedoborów energii magazyn przetłacza część skroplonego powietrza do kolejnej komory, gdzie jest ono podgrzewane w taki sposób, że szybko się rozszerza. Nagły wzrost objętości napędza turbinę do wytwarzania energii elektrycznej [3]. Zaletą tej technologii jest niski koszt przechowywania energii w jednostce czasu.
Magazyn w technologii LAES będzie w stanie funkcjonować przez ponad 40 lat. Ponadto zajmuje on znacznie mniej miejsca i może powstać na dowolnym obszarze. Pierwszy z nich powstał w 2011 r. w Londynie, następnie przeniesiony został na teren Uniwersytetu w Birmingham. Jest to układ badawczy o mocy 350 kW i pojemności 2,5 MWh. Drugi układ ma moc 5 MW i pojemność 15 MWh, został wybudowany w 2018 r. w Bury koło Manchesteru w Wielkiej Brytanii i jest obecnie największym układem LAES na świecie [3].
Kinetyczne zasobniki energii
W magazynach kinetycznych energia elektryczna zamieniana jest na energię mechaniczną i gromadzona w ruchu obrotowym masywnych wirników. Wirujące koło zamachowe pobiera energię elektryczną w celu nadania oraz utrzymania swojej prędkości kątowej, a następnie (w okresach intensywnego zapotrzebowania na energię bądź przerw w zasilaniu) zgromadzona w kole energia mechaniczna zamieniana jest na energię elektryczną o określonych parametrach (przy wykorzystaniu generatorów i przekształtników energoelektronicznych) [4]. Stosuje się układy wolnoobrotowe (do 10 000 obr/min) oraz szybkoobrotowe (do 100 000 obr/min). W rozwiązaniach szybkoobrotowych wykorzystywany jest wirnik kompozytowy, wirujący w próżni na łożyskach magnetycznych. Mają one bardzo duże gęstości mocy, natomiast mniejsze gęstości energii. Charakteryzują się wysokimi sprawnościami (przekraczającymi 90%) oraz zadowalającymi trwałościami (czas eksploatacji rzędu 20 lat), lecz jednocześnie dużą kosztochłonnością [4].
|
W dalszej części artykułu: • Polityka energetyczna • Rodzaje magazynów energii • Elektrownie szczytowo-pompowe • Pneumatyczne magazyny energii • Magazynowanie ciekłego powietrza • Kinetyczne zasobniki energii • Ogniwa elektrochemiczne • Ogniwa przepływowe (VRFB) • Ogniwa paliwowe • Superkondensatory • Cewki nadprzewodzące (SMES) • Zasobniki ciepła • Współpraca zasilacza UPS z zespołem prądotwórczym • Możliwości pracy przy limitach mocy • Ograniczenia w poborze energii elektrycznej |
|
Streszczenie: W artykule omówiono wybrane sposoby magazynowania energii elektrycznej oraz strukturę pozyskiwania energii ze źródeł odnawialnych w Polsce. Zwrócono uwagę na zasilanie odbiorców z kilku źródeł, w tym z sieci elektroenergetycznej (układy hybrydowe), w okresach niedoborów energii. |
|
Abstract: The article discusses selected methods of electricity storage and the structure of obtaining energy from renewable sources in Poland. It draws attention to the power supply of consumers from several sources, including the power grid (hybrid systems), during periods of energy shortages. |
Literatura
1. Ruszel Mariusz, Podmiotko Sebastian (red.), Bezpieczeństwo energetyczne Polski i Europy. Uwarunkowania – wyzwania – innowacje, Instytut Polityki Energetycznej im. I. Łukasiewicza, Rzeszów 2019
2. Energia ze źródeł odnawialnych w 2021 roku, Analizy statystyczne GUS, 10.01.2023
3. Chmielewski Adrian, Kupecki Jakub, Szabłowski Łukasz, Fijałkowski Karol J., Zawieska Jakub, Bogdziński Krzysztof, Dostępne i przyszłe formy magazynowania energii, WWF Polska, Warszawa 2020
4. Bednarek Karol, Kasprzyk Leczek, Zasobniki energii w systemach elektrycznych, część I – charakterystyka problemu, „Poznan University of Technology Academic Journals. Electrical Engineering” 2012, nr 69, s. 199–207
5. https://leonardo-energy.pl/white_papers/akumulatory-przeplywowe-zobacz-raport/ (dostęp: 23.05.2023)
6. https://nowoczesnecieplownictwo.pl/magazynowanie-ciepla-w-zasobnikach/ (dostęp: 28.05.2023)
7. Kuczyński Karol, Zastosowanie zasilaczy UPS i zespołów prądotwórczych w centrach przetwarzania danych – analiza niezawodności, „elektro.info” 5/2020
8. Rafał Krzysztof, Grabowski Paweł, Magazynowanie energii, ACADEMIA – magazyn PAN, 2021, 1(65) Energetyka, s. 34–40, DOI: 10.24425/academiaPAN.2021.136844
9. www.pse.pl/jak-funkcjonuje-krajowy-system-elektroenergetyczny/stopnie-zasilania (dostęp: 28.05.2023)
