Sieć energetyczna musi nieustannie zapewniać równowagę pomiędzy zapotrzebowaniem na energię elektryczną a jej dostawą. O ile na przestrzeni wielu dekad zapotrzebowanie na energię elektryczną zawsze było zmienne, o tyle produkcję można było określić dość dokładnie na podstawie mocy konwencjonalnych elektrowni. Coraz większy udział energii pochodzącej z odnawialnych źródeł energii o mniej przewidywalnej produkcji spowodował, że w ostatnich latach zaczęto rozpowszechniać systemy magazynowania energii, które mogą wspomóc tak skomplikowane bilansowanie sieci.
Cele magazynowania energii przez operatorów sieci oraz przez jej użytkowników
Zarówno operatorzy systemu dystrybucyjnego energii elektrycznej, jak i jej użytkownicy, zwłaszcza prosumenci, zainteresowani są magazynowaniem energii. Dla pierwszych priorytetem jest opóźnienie w czasie drogiej modernizacji urządzeń dystrybucyjnych i przesyłowych oaz możliwość regulacji częstotliwości, dla drugich – ograniczenie kosztów związanych z korzystaniem z zasilania.
Operatorzy sieci często zmagają się z problemem zbyt dużego tempa wzrostu liczby odbiorców sieci w stosunku do tempa jej rozwoju. Powoduje to czasowe przeciążenia infrastruktury energetycznej. Systemy magazynowania energii niwelujące szczytowe wartości obciążenia umożliwiają opóźnienie modernizacji. Ponadto, energia elektryczna wytwarzana w sposób konwencjonalny pozwala na utrzymanie stałej częstotliwości sieci, lecz obecne w coraz większej liczbie falowniki fotowoltaiczne oraz turbiny wiatrowe przyłączane do systemu, nie gwarantują zapewnienia stałej częstotliwości prądu. Co więcej, ze względu na nieregularność dostawy energii, wywołują jej dodatkowe zachwiania. Systemy magazynowania energii służą w tym wypadku do wyrównania tej zmienności i zapewniają prawidłową regulację częstotliwości. Duże przedsiębiorstwa energetyczne stanęły obecnie przed zadaniem budowy obszernych systemów magazynujących energię, o czym można przeczytać w licznych artykułach dostępnych na stronie Cleaner Energy https://cleanerenergy.pl/oze/systemy-magazynowania-energii/.
Użytkownicy systemu energetycznego, a więc odbiorcy końcowi, stosują z kolei systemy magazynowania energii w celu bardziej jej efektywnego wykorzystania. Energia, pochodząca w dużej mierze ze źródeł fotowoltaicznych, wytwarzana jest tylko w sprzyjających okolicznościach (odpowiednie nasłonecznienie). Wtedy powstaje na ogół w nadmiarze, który oddawany jest do sieci. Systemy magazynowania energii pozwalają na jej akumulowanie i wykorzystanie w czasie, kiedy źródła odnawialne nie dostarczają zasobów. Pozwala to na zmniejszenie lub całkowite zaniechanie poboru energii elektrycznej z sieci, a więc znaczne obniżenie a nawet wyeliminowanie kosztów dostawy energii. Drugim najbardziej popularnym zastosowaniem systemów magazynowania energii jest funkcja UPS – podtrzymanie napięcia, kiedy jest to wymagane podczas przerw w pracy systemu elektroenergetycznego.
Miara wydajności systemu magazynowania energii
Systemy magazynowania podłączone do sieci posiadają pewną określoną wydajność definiowaną przez najbardziej typowe parametry. Należą do nich przede wszystkim:
- pojemność – ilość prądu o określonym natężeniu, którą może dostarczyć całkowicie naładowany akumulator systemu od pełnego naładowania do zupełnego rozładowania. Pojemność mierzona jest w amperogodzinach (Ah),
- pojemność elektryczna – analogicznie do pojemności mierzonej w Ah, jednak pojemność elektryczna wyraża się w watogodzinach (Wh), a realnie w kilowatogodzinach (kWh),
- czas życia – teoretyczny oczekiwany czas pracy systemu od momentu jego podłączenia do sieci do całkowitej degradacji, mierzony w latach,
- ilość cykli życia – ilość cykli od całkowitego naładowania akumulatora do jego całkowitego rozładowania w równych proporcjach.
Najczęściej stosowane ogniwa
Ogniwa służące do magazynowania energii dzielą się na pierwotne i wtórne. Pierwsze są całkowicie naładowane podczas produkcji (baterie) i nie mogą być ładowane ponownie. Ogniwa wtórne, czyli akumulatory ładowane, to jedyny typ ogniw stosowanych w systemach magazynowania energii.
Najczęściej wykorzystuje się akumulatory:
- kwasowo-ołowiowe,
- litowo-jonowe.
Nieco rzadziej systemy magazynowania energii wyposażane są w akumulatory:
- sodowo-siarkowe,
- niklowe,
- sodowo-niklowo-chlorkowe,
- cynkowo-powietrzne,
- wykorzystujące słoną wodę (sodowo-jonowe).
i inne.