Magazynowanie nadwyżek energii odnawialnej w systemach magazynowania energii

Jak już wspomnieliśmy, jedną z głównych wad zielonej energii jest to, że wytwarzanie energii nie jest stałe. Dotyczy to energii słonecznej i wiatrowej, czyli dwóch najszybciej rosnących zielonych źródeł energii w krajach nordyckich i na całym świecie.

Skoro nie możemy zużyć nadwyżki energii w ciągu dnia, co z nią zrobić? Tu wkraczają baterie, i nie chodzi o paluszki AA czy AAA. To zadanie dla znacznie potężniejszych magazynów. Obecnie rozważamy kilka głównych podejść:

1. Elektrownie szczytowo-pompowe. Nadwyżka energii elektrycznej służy do pompowania wody do zbiornika położonego wyżej. Gdy zapotrzebowanie na prąd jest wysokie, woda spływa z powrotem przez turbiny i wytwarza energię.
2. Magazynowanie wodoru. Ta metoda wykorzystuje nadwyżkę energii elektrycznej do wytwarzania wodoru w procesie elektrolizy, który rozbija cząsteczki wody. Wodór można potem przechowywać i wykorzystać w ogniwach paliwowych do wytwarzania prądu albo nawet domieszać do gazu ziemnego w sieci.
3. Magazynowanie w bateriach. Technologia baterii stale się rozwija, a wielkoskalowe magazyny bateryjne są coraz powszechniejsze. Nowym podejściem jest recykling zużytych akumulatorów samochodowych.
4. Magazynowanie sprężonego powietrza. Ta metoda wykorzystuje nadwyżkę energii elektrycznej do sprężania powietrza w podziemnych kawernach. W razie potrzeby sprężone powietrze jest uwalniane, napędza turbiny i wytwarza prąd. Problemem jest znalezienie odpowiednich formacji geologicznych do magazynowania.
5. Magazynowanie ciepła w skałach. W skrócie: podgrzewasz cegły i podobne materiały, wykorzystując sześć najtańszych godzin energii elektrycznej w ciągu doby, a potem bateria rozładowuje się przez 18 godzin.

Znamy się na tworzeniu systemów dla baterii. Taki system zbudowaliśmy dla Kyoto, jednego z naszych klientów.

Wirtualna bateria (VB)

"Tradycyjne" magazyny bateryjne mają swoje ograniczenia, takie jak znalezienie miejsca na duże instalacje czy wpływ produkcji nowych baterii na środowisko. I tu pojawia się Virtual Battery (VB), która zmienia zasady gry.

VB to innowacyjne programowe rozwiązanie do magazynowania energii, które jak dyrygent z niezrównaną precyzją koordynuje i optymalizuje istniejące systemy bateryjne. Wyobraź sobie sieć, w której panele słoneczne, turbiny wiatrowe, a nawet akumulatory z wycofanych samochodów elektrycznych z różnych lokalizacji działają razem pod parasolem VB. Oprogramowanie zdalnie zarządza tymi rozproszonymi zasobami energetycznymi i łączy je w jedną całość: wirtualną elektrownię (VPP).

VB robi więcej niż zwykły magazyn: działa jak swego rodzaju dyrygent, który sprawnie równoważy podaż i popyt na energię w całej sieci. To usprawnia produkcję i zużycie energii oraz stabilizuje sieć elektroenergetyczną, przybliżając zrównoważoną przyszłość energetyczną. Tak jak zbudowaliśmy dopasowany system VB dla naszego klienta Kyoto, VB może zrewolucjonizować zarządzanie energią w każdej firmie lub regionie.

Hornsdale Power Reserve firmy Tesla

Jednym z najbardziej znanych przykładów wydajnego magazynowania energii odnawialnej jest Hornsdale Power Reserve firmy Tesla w Australii Południowej. Ukończony w 2017 roku, był wtedy największym na świecie systemem magazynowania energii w bateriach litowo-jonowych.

Na starcie Hornsdale Power Reserve miał pojemność 129 MWh (w 2020 roku rozbudowany do 193,5 MWh) i może dostarczać zasilanie rezerwowe do ponad 30 000 domów przez maksymalnie godzinę. Magazyn odegrał dużą rolę w stabilizacji sieci energetycznej Australii Południowej, która w dużym stopniu opiera się na energii wiatrowej.

Jeden z pierwszych dużych magazynów bateryjnych w Wielkiej Brytanii

W 2018 roku w Leighton Buzzard w hrabstwie Bedfordshire ukończono największy wtedy w Wielkiej Brytanii projekt magazynowania energii w bateriach. Zbudowała go firma UK Power Reserve. Magazyn ma pojemność 60 MWh i może dostarczać zasilanie rezerwowe do ponad 10 000 gospodarstw domowych przez maksymalnie 60 minut.

Projekt wykorzystuje baterie litowo-jonowe i jest podłączony do National Grid, co stabilizuje brytyjską sieć energetyczną i ułatwia rozwój odnawialnych źródeł energii.

Kyoto

Kyotopia, projekt, który zbudowaliśmy dla Kyoto, pokazuje, jak cyfrowe bliźniaki pomagają optymalizować magazynowanie energii odnawialnej. Kyoto to norweski startup, który z pasją rozwija elektrownie z koncentratorami słonecznymi (CSP).

Początkowa koncepcja zakładała przyjazny interfejs do oceny potencjału energii odnawialnej na całym świecie i wsparcia budowy elektrowni CSP. Projekt zmienił jednak kierunek na bardziej skalowalne rozwiązanie: magazynowanie energii cieplnej w bateriach na stopioną sól.

Naszym zadaniem było stworzenie kompletnego systemu zarządzania bateriami (BMS) opartego na technologii SCADA. To rozwiązanie z obszaru przemysłowego IoT obejmowało m.in. bezpieczną infrastrukturę chmurową AWS, dashboard do monitorowania przepływów w czasie rzeczywistym i platformę do symulacji pracy elektrowni.

Projekt stawiał ciekawe wyzwania: dużą skalę, współpracę międzynarodową i zmieniającą się koncepcję. Przy tak złożonym przedsięwzięciu metodyki Agile okazały się niezbędne.

O powodzeniu projektu zdecydowały działające MVP i sprawne wdrożenie cyfrowego bliźniaka. Nasze oprogramowanie wspierało prototyp, który Kyoto pokazało inwestorom.

Zwykłe baterie litowo-jonowe, takie jak w Twoim telefonie czy laptopie, przenoszą jony litu między anodą a katodą za pomocą ciekłego elektrolitu. Ciecz ta działa skutecznie, ale ma ograniczenia. Baterie ze stałym elektrolitem (solid-state) działają inaczej i mogą mieć kilka przewag.

Czym się różnią?

Stały elektrolit: to główna różnica. Zamiast cieczy anodę i katodę oddziela materiał stały. Stały elektrolit przepuszcza tylko jony litu, co zapobiega niepożądanym reakcjom i poprawia bezpieczeństwo.

Elektrody: podobnie jak baterie litowo-jonowe, baterie ze stałym elektrolitem magazynują i oddają energię za pomocą anody i katody. Mogą jednak wykorzystywać inne materiały, na przykład lit metaliczny w anodzie, który mieści więcej energii.

Baterie ze stałym elektrolitem a litowo-jonowe: najważniejsze różnice

Bezpieczeństwo: stałe elektrolity są na ogół mniej łatwopalne niż ciekłe, co może zmniejszać ryzyko pożaru.

Gęstość energii: baterie ze stałym elektrolitem mogą magazynować więcej energii na jednostkę masy lub objętości niż baterie litowo-jonowe. Może to oznaczać większy zasięg samochodów elektrycznych albo mniejszą i lżejszą elektronikę.

Szybsze ładowanie: niektóre konstrukcje baterii ze stałym elektrolitem mogą ładować się szybciej dzięki właściwościom stałego elektrolitu.

Trwałość: baterie ze stałym elektrolitem mogą działać dłużej i lepiej znosić skrajne temperatury niż baterie litowo-jonowe.

Dalszy rozwój i wdrażanie wydajnych magazynów energii odnawialnej wymaga wsparcia państwa. Zachęty i dotacje mogą pobudzić inwestycje w projekty energii odnawialnej i magazynowania energii, dzięki czemu staną się bardziej opłacalne dla firm i osób prywatnych.

Kraje nordyckie już teraz są jednym z najlepszych regionów do inwestowania w magazynowanie energii odnawialnej. W Szwecji i Finlandii trwają już projekty, a w samej Szwecji planowane są projekty o imponującej mocy 70 MW.

Żeby przyspieszyć zieloną transformację, potrzebujemy wydajnych systemów magazynowania energii.

Niezależnie od tego, czy systemy magazynowania energii są zaawansowane, czy proste, potrzebują odpowiedniego oprogramowania. Trzeba zgrać ze sobą wiele systemów: same źródła wytwórcze (turbiny wiatrowe, farmy słoneczne), baterie, a nawet samochody elektryczne. To sieć powiązanych ze sobą, współzależnych podsystemów, a do jej połączenia potrzebny jest doświadczony zespół. Tu wkraczamy my.

Order Group ma doświadczenie w tworzeniu takich systemów - zobacz nasze case study. Skontaktuj się z nami i porozmawiajmy o Twoim projekcie. Cieszymy się, że możemy kształtować przyszłość branży energetycznej i przyczyniać się do dekarbonizacji produkcji energii.