Wzrost zainteresowania odnawialnymi źródłami energii przyczynił się do ujawnienia istotnych ograniczeń funkcjonującego systemu energetycznego w Polsce. Mowa tu przede wszystkim o niestabilnej produkcji energii z pogodozależnych źródeł, która wywołuje szereg problemów na etapie przesyłu. Dziś jasnym jest już, że rozwój instalacji odnawialnych źródeł energii wymaga równoległego wdrażania magazynów energii, które pozwalają na zwiększenie elastyczności systemu, poprawę bezpieczeństwa energetycznego oraz zwiększenie zastosowania instalacji OZE.

Odnawialne i stabilne?

Odnawialne źródła energii – przede wszystkim mowa tu o fotowoltaice i energetyce wiatrowej – charakteryzują się zmiennością produkcji, uzależnioną od warunków pogodowych. W praktyce oznacza to, że w słoneczne dni, szczególnie w okresie letnim, dochodzi do nadwyżek energii w systemie. W Polsce coraz częściej występują sytuacje, w których operator systemu przesyłowego wymusza ograniczenie produkcji prądu z instalacji fotowoltaicznych. Z drugiej strony, w godzinach wieczornych oraz w okresach niskiej produkcji zielonej energii konieczne jest opieranie się na źródłach konwencjonalnych. Taka organizacja systemu prowadzi do obniżenia efektywności wykorzystania odnawialnych źródeł energii, a przede wszystkim zwiększa koszty funkcjonowania całej sieci energetycznej. Problemy techniczne, o jakich mowa, to przede wszystkim problem z balansowaniem między podażą a popytem. W praktyce oznacza to konieczność uruchamiania rezerw mocy lub obniżenie produkcji. Występują też częste wahania częstotliwości i napięcia, co może prowadzić do zakłóceń pracy urządzeń, a nawet awarii sieci.

Brak magazynów energii oznacza w tak zorganizowanym systemie narażenie się na wysokie koszty. Nagłe wzrosty produkcji mogą przecież prowadzić do lokalnych przeciążeń sieci przesyłowych i dystrybucyjnych. Wymaga to kosztownych inwestycji zwiększających elastyczność systemu.

Motyka: rozporządzenie MRiT nie zablokuje magazynów energii w budynkach mieszkalnych

ABC magazynów energii

Magazyny energii umożliwiają gromadzenie energii w okresach jej nadprodukcji oraz jej późniejsze wykorzystanie w momentach zwiększonego zapotrzebowania lub ograniczonej generacji. Ich podstawową funkcją jest płynne przechodzenie systemu elektroenergetycznego między nadprodukcją a chwilowym brakiem energii. W praktyce magazyny energii mogą pełnić szereg funkcji systemowych, takich jak stabilizacja napięcia i częstotliwości, redukcja przeciążeń sieci, a także zwiększanie efektywności wykorzystania infrastruktury energetycznej.

Najczęściej stosowanym rozwiązaniem są magazyny bateryjne oparte na technologii litowo-jonowej, charakteryzujące się wysoką sprawnością oraz stosunkowo krótkim czasem reakcji. Na rynku pojawiają się też jednak alternatywne technologie magazynowania energii, w tym magazyny przepływowe, systemy sprężonego powietrza (CAES) oraz magazyny energii cieplnej. Różne technologie mają szereg zastosowań – od krótkoterminowego wykorzystania energii po długookresowe magazynowanie.

W ostatnich latach obserwujemy wyraźny postęp technologiczny w dziedzinie magazynowania energii oraz dynamiczny spadek ich cen. Zgodnie z dostępnymi analizami rynkowymi, koszt magazynowania energii w bateriach litowo-jonowych obniżył się o ponad 80% od 2010 r. Trend ten wynika zarówno z efektu skali, rozwoju łańcuchów dostaw, jak i postępu technologicznego. Spadek kosztów przekłada się z kolei na poprawę opłacalności inwestycji w magazyny energii, zwiększając ich konkurencyjność względem tradycyjnych rozwiązań.

Podaż i popyt

Magazyny energii odgrywają kluczową rolę w zwiększaniu elastyczności systemu energetycznego. Ich zastosowanie pozwala przede wszystkim na bilansowanie podaży i popytu energii, zwiększenie zużycia wyprodukowanej energii z instalacji OZE (nawet z poziomu 20–30% do 60–80% w przypadku prosumentów), ograniczenie przeciążeń sieci, stabilizację napięcia i częstotliwości i zapewnienie zasilania awaryjnego. Dzięki temu możliwe jest bardziej efektywne wykorzystanie energii produkowanej ze źródeł odnawialnych.

Pomimo rozwoju rynku OZE wdrażanie technologii magazynowania energii w Polsce napotyka jednak na istotne bariery. Najważniejszą z nich są wysokie koszty inwestycyjne – w przypadku dużych instalacji przemysłowych koszt magazynu energii wynosi obecnie od około 2000 do 4000 zł za 1 kWh pojemności. Dodatkowo problemem jest brak mechanizmów wsparcia dla inwestorów. Istotnymi barierami są również ograniczona świadomość i brak wiedzy o korzyściach wynikających z zastosowania magazynów energii.

“Bez magazynowania energii transformacja nie ma sensu”. Jaka jest przyszłość branży?

Magazyny w praktyce

Zainteresowanie magazynami energii rośnie na całym świecie wprost proporcjonalnie do liczby instalowanych instalacji pogodozależnych OZE. W segmencie magazynów bateryjnych jednym z najbardziej znanych przykładów jest Hornsdale Power Reserve w Australii, oparty na technologii litowo-jonowej. Instalacja ta uruchomiona została w 2017 r. i znacząco przyczynia się do poprawy bezpieczeństwa energetycznego regionu. Już w pierwszych latach działania magazyn przyniósł dziesiątki milionów dolarów oszczędności, a w 2019 r. znacznie obniżył koszty utrzymania systemu. Dzięki jego działaniu ceny usług regulacji częstotliwości spadły o ponad 90%. Projekt omawianego magazynu powstał po dużym blackoucie w Australii Południowej w 2016 r. i stał się jednym z najbardziej znanych przykładów tego, jak magazyny energii mogą zastępować tradycyjne źródła stabilizujące system.

Podobne projekty realizowane są również w Europie; to m.in. Minety Battery Energy Storage Project w Wielkiej Brytanii, który stanowi jeden z największych magazynów energii, wspierający integrację odnawialnych źródeł energii z systemem energetycznym. Ciekawym rozwiązaniem tej instalacji jest to, że składa się z trzech niezależnych jednostek (50 MW każda), co pozwala na etapowe uruchamianie i elastyczne zarządzanie pracą systemu. Budowę rozpoczęto pod koniec 2019 r., a pierwsze moduły weszły do eksploatacji już w 2021 r. 

W obszarze technologii przepływowych szczególnie dynamicznie rozwijają się dziś Chiny. Jednym z przełomowych przykładów jest Jimusaer Vanadium Flow Battery Energy Storage Project w regionie Sinciang – wanadowy magazyn przepływowy o mocy 200 MW i pojemności 1 GWh, określany jako pierwszy na świecie projekt tego typu w skali gigawatogodziny. Instalacja, dostarczona przez Dalian Rongke Power i rozwijana z udziałem China Three Gorges Corporation, została zaprojektowana jako pięciogodzinny magazyn energii współpracujący z farmą fotowoltaiczną o mocy 1 GW. W tego typu bateriach energia jest magazynowana w ciekłych elektrolitach, co ułatwia skalowanie pojemności i czyni technologię szczególnie przydatną do długotrwałego bilansowania pracy OZE.

Baterie przepływowe mogą być ładowane i rozładowywane nawet ponad 15 000 razy, co oznacza znacznie dłuższą żywotność niż typowe baterie litowo-jonowe. Poza tym są one znacznie bezpieczniejsze (m.in. przez mniejsze ryzyko pożaru) i mogą być bardziej przyjazne środowisku niż tradycyjne baterie litowo-jonowe. Projekt ten zaprojektowano z myślą o długoterminowym magazynowaniu energii oraz wyrównywaniu obciążeń w systemie energetycznym. Projekt często określany jest jako super power bank – magazyn ładuje się w okresach niskiego zapotrzebowania, a oddaje energię w godzinach szczytu.

Nie tylko baterie

Z kolei w zakresie magazynowania energii w postaci sprężonego powietrza (CAES) jednym z najstarszych obiektów jest Huntorf CAES Plant w Niemczech, działający od 1978 r. Instalacja ta wykorzystuje nadwyżki energii do sprężania powietrza, które następnie jest wykorzystywane do produkcji energii elektrycznej w okresach zwiększonego zapotrzebowania. Początkowo magazyn służył głównie do pokrywania szczytowego zapotrzebowania i wsparcia elektrowni jądrowych, a dziś pełni także funkcję bilansowania energii z wiatru. Podobne rozwiązanie zastosowano w McIntosh CAES Plant w Stanach Zjednoczonych.

Istotną rolę odgrywają także magazyny energii cieplnej, szczególnie w systemach opartych na energetyce słonecznej. Ciekawym przykładem jest elektrownia Gemasolar Thermosolar Plant w Hiszpanii, wykorzystująca technologię magazynowania energii w stopionych solach, co umożliwia produkcję energii elektrycznej również po zachodzie słońca (wykorzystując parę wodną napędzającą turbinę). Rozwiązanie to znacząco zwiększa dyspozycyjność instalacji OZE i ogranicza ich zależność od bieżących warunków atmosferycznych.

Magazyny energii to jedyna droga? Polski lider transformacji wykorzystuje je na potęgę

Ambitne polskie plany

W Polsce również obserwujemy zainteresowanie magazynami energii, chociaż w wielu przypadkach mowa tu o projektach. Jednym z najbardziej zaawansowanych przedsięwzięć jest Magazyn Energii Żarnowiec, realizowany przez Polską Grupę Energetyczną. Instalacja ta, o planowanej mocy przekraczającej 260 MW i pojemności rzędu 900–980 MWh, ma być największym bateryjnym magazynem energii w kraju oraz jednym z największych w Europie. Projekt zlokalizowany jest w bezpośrednim sąsiedztwie elektrowni szczytowo-pompowej oraz rozwijanych morskich farm wiatrowych.

Kolejnym przykładem jest Magazyn Energii Gryfino, budowany przez PGE w województwie zachodniopomorskim. Planowana instalacja o mocy do 400 MW i pojemności co najmniej 800 MWh ma integrować różne źródła wytwarzania energii.

Warto wskazać również na inwestycje realizowane przez sektor prywatny i zagranicznych inwestorów. Przykładem jest magazyn energii Stary Grodków, uruchomiony przez EDF Power Solutions Polska w województwie opolskim. Instalacja ma moc 50 MW i pojemność 120 MWh, składa się z 24 kontenerowych modułów i została przyłączona do sieci 110 kV obsługiwanej przez Tauron Dystrybucja. Według informacji inwestora jest to obecnie największy bateryjny magazyn energii w Polsce, choć w budowie i przygotowaniu są już znacznie większe projekty, czyli Żarnowiec i Gryfino.

W międzyczasie TAURON realizuje budowę kilku bateryjnych magazynów energii o łącznej pojemności sięgającej około 90 MWh. Inwestycje te stanowią element strategii zakładającej osiągnięcie setek megawatów mocy magazynowej w perspektywie kolejnych lat, co ma duże znaczenie dla stabilizacji pracy sieci dystrybucyjnych i przesyłowych.

Fundament systemu?

Coraz częściej magazyny pojawiają się również w przedsiębiorstwach przemysłowych, gdzie wykorzystywane są do optymalizacji kosztów energii poprzez redukcję mocy szczytowej.

Magazyny energii stanowią jeden z kluczowych elementów transformacji energetycznej, umożliwiają efektywne wykorzystywać energię wyprodukowaną przez OZE oraz pozwalają na zwiększenie stabilności sieci energetycznej. Rozwój magazynów energii w Polsce jest wciąż na wczesnym etapie, jednak w najbliższych latach mają one szansę stać się fundamentem nowoczesnego, elastycznego i zrównoważonego systemu energetycznego.

dr inż. Anna Smurzyńska-Łukasik