Rozwój magazynów, które umożliwiają przechowywanie i oddawanie energii, to jeden z niezbędnych elementów neutralnej klimatycznie gospodarki, w którą wciąż inwestujemy. Unia Europejska jest ukierunkowana na przechodzenie z systemów dostaw energii opartych na paliwach kopalnych na struktury, wykorzystujące energię ze źródeł odnawialnych. Obecnie znanych jest wiele technologii magazynowania prądu, które polegają nie tylko na składowaniu w zwykłych, dużych bateriach. Należą do nich m.in. FES – Flywheel Energy Storage – układy wykorzystujące bezwładniki (koła zamachowe). W naszym artykule opowiemy szerzej o tym, w jaki sposób energia kinetyczna pozwala magazynować prąd. Rozwiniemy również temat rozwiązań alternatywnych, to znaczy magazynów energii w innym wydaniu.

Czy energia kinetyczna pozwala magazynować prąd?

Zdecydowanie tak, przy czym układy FES nie są ukierunkowane na magazynowanie długoterminowe i średnioterminowe, ponieważ wytracają z czasem energię: są przeznaczone do przechowywania krótkoterminowego. Zgodnie z klasyfikacją rodzajów energii i sposobów magazynowania, koła zamachowe to jedne z technik mechanicznych (obok metod elektrochemicznych, elektrycznych, chemicznych, ogniwowo-paliwowych i cieplnych). Do tej samej kategorii należą elektrownie szczytowo-pompowe (PHS), sprężone powietrze (CAES) i ciekłe powietrze (LAES) rekomendowane do magazynowania średnio- i długoterminowego.

Jak działa magazyn energii z kołem zamachowym?

Koło zamachowe pozwala na konwersję energii elektrycznej w kinetyczną i odwrotnie. Kinetyczny magazyn energii z kołem zamachowym działa w prosty sposób. Umieszczone na wale współpracuje z maszyną elektryczną, która działa jako silnik. W przestrzeni, w której się obraca, wytwarzana jest próżnia, a zastosowane w układzie łożyska magnetyczne obniżają opory toczenia. FES to cały układ: maszyna elektryczna napędza bezwładnik, a kiedy chcemy wykorzystać energię, wirnik koła zamachowego jest zwalniany. Maszyna do wytwarzania energii elektrycznej pracuje jako generator. Koła zamachowe wykorzystywane w układach FES są wykonane ze stali lub włókna węglowego. Materiał ten jest o wiele droższy od stali, jednak stworzone z tego materiału koło zamachowe może obracać się znacznie szybciej, co przekłada się w wyższą gęstość energii.

Czy kinetyczny magazyn energii to nowa technologia?

Choć koło zamachowe znane jest od wieków i od dawna wykorzystujemy jego energię, kinetyczny magazyn energii to wciąż nowa, rozwijająca się technologia. W naukowych publikacjach można przeczytać o różnych zastosowaniach układów FES, na przykład w regulacji napięcia i częstotliwości w stabilizacji pracy sieci czy w systemach zasilania awaryjnego. Mogą one być wykorzystywane w pojazdach elektrycznych i hybrydowych. Potężne układy bezwładnikowe pracują w nowoczesnych elektrowniach wiatrowych. Wracając do zastosowania w systemach zasilania awaryjnego (UPS – Uninterrupted Power Supply), dobrym przykładem jest układ, który powstał na lotnisku w mieście Meksyk. Zapewnia niezawodność jego funkcjonowania, a dzięki układowi FES może się szybko przełączyć na zasilanie awaryjne. O skuteczności tego typu rozwiązań świadczy też wykorzystywanie technologii do zapewnienia bezpieczeństwa energetycznego obiektów wojskowych na świecie. Koła zamachowe są przyjazne dla środowiska nie tylko dlatego, że nie emitują CO2 i innych zanieczyszczeń do atmosfery, ale też z powodu wykorzystanych materiałów do ich budowy: są to surowce o niskim śladzie węglowym, które powszechnie nie występują w naturze. Układy są też bardzo żywotne, wykazując wydajność przez około 20 lat.

Wady i zalety kinetycznych magazynów energii

Jak już zostało wspomniane, układy FES nadają się wyłącznie do magazynowania krótkoterminowego, ponieważ mogą tracić nawet kilkanaście procent zmagazynowanej energii w ciągu godziny. Mają też stosunkowo niską pojemność energetyczną, a podczas pracy wydzielają dużo ciepła w łożyskach, co wymaga opanowania. Przy budowie całego układu trzeba też zadbać o stabilizację, co pozwoli zminimalizować przenoszenie drgań z wirnika na korpus. Koszty inwestycyjne i operacyjne związane z przechowywaniem energii w FES są aktualnie wysokie, jednak specjaliści szacują, że będą one spadać na przestrzeni kolejnych dziesięcioleci. Do zalet magazynów kinetycznych należy z pewnością wysoka gęstość mocy oraz duża głębokość rozładowania. Dobrze zaprojektowany układ FES charakteryzuje się wysoką sprawnością i żywotnością. 

Magazyny energii dla firm w innym wydaniu

Opisywane kinetyczne magazyny energii są rekomendowane do zastosowań w układach hybrydowych, na przykład z małymi CAES (Compressed Air Energy Storage), czyli magazynami sprężonego powietrza. Układy FES mogą być wykorzystywane do składowania energii ze źródeł odnawialnych, w tym paneli fotowoltaicznych. Jak zostało wspomniane na początku, istnieje wiele technik jej magazynowania, które, ze względu na zapotrzebowanie, wciąż się rozwijają. Przewiduje się, że w najbliższych latach magazyny energii dla firm będą coraz popularniejsze, co ma związek ze zmianami systemu rozliczania prądu, produkowanego przez instalacje fotowoltaiczne. Modyfikacje obejmują przejście z układu prosumenckiego na sprzedażowy. Zaopatrzenie w magazyn energii eliminuje kwestię przesyłania energii do elektrowni i jej odkupywania, kiedy zapotrzebowanie na prąd jest wzmożone. Zainteresowanie inwestycją w zieloną energię, na przykład pochodzącą z paneli fotowoltaicznych, w naturalny sposób wiąże się z zaciekawieniem magazynami energii, dzięki którym można zatrzymać nadwyżkę wyprodukowanego prądu do własnego użytku. Ich działanie jest analogiczne z funkcjonowaniem akumulatorów, a konkretne modele dobierane są do indywidualnych potrzeb firm, to znaczy dopasowane do wymagań konkretnej instalacji fotowoltaicznej. Istotna jest też pojemność, sprawność przechowywania i docelowa żywotność magazynów. Zastosowanie takich rozwiązań pozwala zmniejszyć koszty związane z przekazywaniem energii do sieci.

Magazyny energii w połączeniu z ładowarką do elektrycznego samochodu

Kinetyczne magazyny energii FES, podobnie jak akumulatory gromadzące energię pochodzącą z paneli fotowoltaicznych, mogą stanowić wsparcie światowego rozwoju eksploatacyjnej infrastruktury dla pojazdów zasilanych prądem. Jeśli planujemy zakup samochodu z napędem elektrycznym, który będzie ładowany firmową lub domową ładowarką, inwestycja w magazyn energii współdziałający z instalacją fotowoltaiczną jest opłacalna. Pojazdy najczęściej ładowane są w późnych godzinach, natomiast szczytowy moment produkcji energii z instalacji fotowoltaicznej to oczywiście południe. Zmagazynowany prąd można wykorzystać nocą, co jest opłacalnym i ekologicznym rozwiązaniem. Oczywiście, najkorzystniejsze dla ochrony środowiska jest połączenie paneli fotowoltaicznych, magazynu energii i pompy ciepła. Gdy przepływ energii między użytkownikiem i siecią zostaje ograniczony, zmniejszony jest też pobór mocy produkowanej z węgla. W całej Unii Europejskiej nie bez powodu pojawia się coraz więcej programów, które zachęcają do zakupu urządzeń produkujących prąd z odnawialnych źródeł energii oraz nabycia magazynów energii. Są to korzystne dla środowiska rozwiązania.

Magazyn energii sposobem na oszczędność i bezpieczeństwo

Magazyn energii, który jest właściwie dopasowany do konkretnego odbiorcy, pozwala na oszczędność i zapewnia energetyczne bezpieczeństwo. W zestawieniach zastosowań technologii magazynowania energii elektrycznej wymienione są i ich zalety, które dotyczą m.in. ochrony odbiorców przed krótkotrwałą utratą mocy, czy zapewnienie stabilności przy zmianach napięcia i częstotliwości. Kinetyczny magazyn energii sprawdzi się na przykład w transporcie drogowym i budownictwie, ale ze względu na spore gabaryty i wagę (a zatem ograniczone możliwości instalacji) niekoniecznie będzie to idealne rozwiązanie dla firm. 

Jeśli więc poszukujesz magazynu współpracującego z instalacją fotowoltaiczną – chociażby do ładowania samochodowego akumulatora przy obniżonych kosztach energii elektrycznej – w Solum Service możemy dobrać dla Ciebie inne, optymalne rozwiązanie. Zapraszamy do kontaktu.