Wyobraź sobie panele słoneczne, które nie tylko generują energię elektryczną w ciągu dnia, ale także mogą magazynować nadmiar energii do wykorzystania w nocy lub w pochmurne dni. Ta transformacyjna zdolność staje się rzeczywistością dzięki zaawansowanym technologiom magazynowania energii, które służą jako ogromne zbiorniki, przekształcające przerywaną energię odnawialną w stabilne, niezawodne zasilanie.

Systemy magazynowania energii przechwytują i zatrzymują energię w różnych formach do późniejszego wykorzystania. Obecne technologie dzielą się na cztery główne kategorie:

• Magazynowanie elektrochemiczne: Systemy akumulatorów, w tym litowo-jonowe, przepływowe, ołowiowo-kwasowe i nowo powstające technologie sodowo-jonowe.
• Magazynowanie termiczne: Systemy wykorzystujące pojemność cieplną lub materiały zmiennofazowe, takie jak sole stopione, magazynowanie lodu i zbiorniki gorącej wody.
• Magazynowanie mechaniczne: Rozwiązania obejmujące elektrownie szczytowo-pompowe, sprężone powietrze i systemy kół zamachowych.
• Nowe technologie: Systemy eksperymentalne, takie jak nadprzewodzące magazynowanie magnetyczne i magazynowanie oparte na wodorze.

Magazynowanie w akumulatorach dominuje w obecnych zastosowaniach, szczególnie w implementacjach domowych, komercyjnych i na dużą skalę. Różne rodzaje chemii akumulatorów służą różnym celom:

Akumulatory litowo-jonowe: Te systemy o dużej gęstości energii zasilają obecnie wszystko, od smartfonów po pojazdy elektryczne i projekty magazynowania na skalę przemysłową. Jednostka domowa wielkości lodówki może zasilać dom przez wiele dni, podczas gdy instalacje na skalę przemysłową wymagają minimalnej powierzchni – system o mocy 100 MWh zajmuje mniej niż pół akra.

Akumulatory przepływowe: Zawierające elektrolity w płynie przechowywane w oddzielnych zbiornikach, systemy te oferują wyjątkową trwałość i bezpieczeństwo. Ich unikalna konstrukcja pozwala na niezależne skalowanie mocy i pojemności energetycznej, co czyni je idealnymi do długotrwałych zastosowań w sieci.

Akumulatory ołowiowo-kwasowe: Chociaż są ekonomiczne i dojrzałe, systemy te charakteryzują się niższą gęstością energii i krótszą żywotnością w porównaniu z nowszymi technologiami, co ogranicza ich zastosowanie do takich zastosowań, jak akumulatory rozruchowe w samochodach i zasilanie awaryjne.

Akumulatory sodowo-jonowe: Pojawiające się jako potencjalnie tańsza alternatywa dla systemów litowo-jonowych, akumulatory te wykorzystują obfite zasoby sodu, ale obecnie ustępują pod względem gęstości energii i żywotności cyklu.

Systemy termiczne magazynują energię poprzez zmiany temperatury lub przejścia fazowe w różnych materiałach:

Magazynowanie w stopionej soli: Elektrownie słoneczne wykorzystują te wysokotemperaturowe systemy do wydłużenia generacji energii elektrycznej poza godziny dzienne, znacznie poprawiając niezawodność.

Magazynowanie lodu: Budynki komercyjne wykorzystują energię elektryczną poza godzinami szczytu do wytwarzania lodu do chłodzenia w ciągu dnia, zmniejszając opłaty za szczytowe zapotrzebowanie i poprawiając wydajność sieci.

Magazynowanie gorącej wody: Systemy ciepłownicze i obiekty przemysłowe wykorzystują wielkoskalowe zbiorniki wodne do równoważenia podaży i popytu na ciepło.

Systemy te przekształcają energię elektryczną w energię kinetyczną lub potencjalną:

Elektrownie szczytowo-pompowe: Najbardziej ugruntowana metoda magazynowania na dużą skalę wykorzystuje nadwyżkę energii elektrycznej do pompowania wody pod górę, a następnie uwalnia ją przez turbiny w razie potrzeby. Chociaż są wysoce wydajne, systemy te wymagają specyficznych cech geograficznych i znacznych obszarów lądowych.

Sprężone powietrze: Podziemne jaskinie magazynują sprężone powietrze, które napędza turbiny podczas rozładowania. Systemy te oferują znaczną pojemność, ale obecnie borykają się z wyzwaniami związanymi z wydajnością.

Koła zamachowe: Wirujące masy zapewniają niezwykle szybki czas reakcji mierzony w sekundach, co czyni je idealnymi do regulacji częstotliwości i krytycznych zastosowań awaryjnych. Niektóre systemy odzyskują energię hamowania z pociągów lub utrzymują zasilanie podczas krótkich przerw w działaniu sieci.

Systemy eksperymentalne dają nadzieję, ale pozostają w fazie rozwoju:

Nadprzewodzące magazynowanie magnetyczne: Te ultra-wydajne systemy magazynują energię elektryczną w polach magnetycznych, ale wymagają chłodzenia kriogenicznego, co czyni je zbyt kosztownymi dla większości zastosowań.

Magazynowanie wodoru: Elektroliza przekształca nadwyżkę energii elektrycznej w gazowy wodór, który można przechowywać w nieskończoność, a następnie przekształcać z powrotem w energię elektryczną za pomocą ogniw paliwowych, choć wiąże się to ze znacznymi stratami energii.

Magazynowanie energii zapewnia wiele korzyści dla nowoczesnych systemów energetycznych:

• Umożliwienie wyższego stopnia penetracji energii odnawialnej poprzez wygładzanie przerywanej generacji
• Świadczenie usług sieciowych, w tym redukcja szczytowego zapotrzebowania i regulacja częstotliwości
• Obniżanie kosztów systemu poprzez optymalizację wykorzystania zasobów wytwórczych
• Zwiększanie niezawodności dzięki możliwościom zasilania awaryjnego

Stan Nowy Jork ustalił ambitne cele w zakresie magazynowania – 1500 MW do 2025 r. i 6000 MW do 2030 r. – wspierane przez programy zachęt mające na celu korzyści dla społeczności znajdujących się w niekorzystnej sytuacji. Wielu integratorów systemów stosuje obecnie podejścia niezależne od technologii, wykorzystując zaawansowane oprogramowanie do optymalizacji kombinacji technologii magazynowania dla konkretnych zastosowań.

W miarę dalszego spadku kosztów i poprawy wydajności, magazynowanie energii ma odegrać coraz ważniejszą rolę w globalnej transformacji w kierunku czystych, odpornych i wydajnych systemów energetycznych.