CATA ASPEKTY TECHNICZNE WYKORZYSTANIA TECHNOLOGII MAGAZYNOWANIA ENERGII. Centrum Zastosowań Zaawansowanych Technologii MIECZYSŁAW KWIATKOWSKI

Transkrypt

1 CATA Centrum Zastosowań Zaawansowanych Technologii ASPEKTY TECHNICZNE WYKORZYSTANIA TECHNOLOGII MAGAZYNOWANIA ENERGII MIECZYSŁAW KWIATKOWSKI

2 CELE WYKORZYSTYWANIA TECHNOLOGII MAGAZYNOWANIA ENERGII 1. Technologie magazynowania energii pozwalają na sterowanie przepływem energii zgodnie z potrzebami technologicznymi lub potrzebami ich użytkowników. Ich zastosowanie dotyczy całego łańcucha wartości energii elektrycznej (od wytwarzania do jej użytkowania). 2. Technologie magazynowania dzieli się na technologie magazynowania pośredniego (z konwersją energii elektrycznej np. na energię kinetyczną lub chemiczną) i bezpośredniego (w polu elektrycznym lub magnetycznym). 3. Do nowych technologii magazynowania należą: zasobniki kinetyczne (koła zamachowe), superkondensatory, zasobniki nadprzewodzące zasobniki bateryjne, ogniwa paliwowe, zasobniki sprężonego powietrza. 2

3 OBSZARY ZASTOSOWANIA TECHNOLOGII MAGAZYNOWANIA ENERGII Źródło: EPRI 3

4 ZASOBNIKI BATERYJNE JAKO TECHNOLOGIE MAGAZYNOWANIA 1. Do najbardziej zaawansowanych implementacyjnie technologii zasobników bateryjnych należą: sodowo - siarkowe (NaS) elektrody Na S, elektrolit - Al 2 O 3, napięcie ogniwa 2,0 V, wymaga utrzymania temperatury elektrolitu do 390 o C kwasowo - ołowiowe (LA) elektrody Pb PbO 2, elektrolit - H 2 SO 4, napięcie ogniwa 2,0 V niklowo - jonowe (Ni-ion) elektrody Li Li x CoO 2, elektrolit tlenek polietylenowy, napięcie ogniwa 4,0 V 2. Zasobniki są wykonywane w postaci modułów o mocy 1-1,5 MW, często umieszczane w typowych kontenerach 40 stopowych. 3. Znane realizacje praktyczne instalacji bateryjnych nie przekraczają obecnie mocy MW. 4

5 PORÓWNANIE GRANICZNYCH PARAMETRÓW ŁADOWANIA/ROZŁADOWANIA ZASOBNIKÓW BATERYJNYCH NaS LA Li-ion Ładowanie 0,1 Pn 1,0 Pn Pn moc znamionowa 0,2 Pn Gęstość energii: 86 Wh/kg Gęstość energii: 25 Wh/kg Gęstość energii: 90 Wh/kg Rozładowanie 0,1 Pn 0,4 Pn 3,0 Pn Źródło: Hitachi, Ltd. 5

6 MAGAZYNOWANIE ENERGII W POSTACI SPRĘŻONEGO POWIETRZA 1. Zasada pracy zasobnika sprężonego powietrza polega na gromadzeniu energii w postaci sprężonego powietrza gromadzonego w zbiorniku przy wykorzystaniu sprężarki napędzanej silnikiem elektrycznym i rozładowaniu zasobnika przez dostarczanie sprężonego powietrza do turbiny gazowej, gdzie podlega spalaniu razem z gazem ziemnym. Turbina napędza generator energii elektrycznej. 2. Zbiorniki mogą być naziemne (do MW) lub podziemne (nawet kilkaset MW). Zbiorniki podziemne wykonuje się np. w strukturach solnych. 3. Stosowane układy pracy: podstawowy (konwencjonalny), z rekuperatorem (odzyskiwaniem ciepła), z magazynem ciepła (adiabatyczny) nie wymaga gazu ziemnego. 6

7 KIERUNKI WYKORZYSTANIA INSTALACJI MAGAZYNOWANIA ENERGII 1. Łagodzenie skutków wpływu pracy farm wiatrowych na Krajowy System Elektroenergetyczny (KSE), magazynowanie ograniczenie zmienności pracy, rezerwowanie pracy w stanach dynamicznych, wyprowadzenie energii pozaszczytowej w okresie szczytowym 2. Świadczenie usług systemowych (zapewnienie bezpieczeństwa pracy KSE) świadczenie usług regulacyjnych odłożenie inwestycji w wytwarzaniu świadczenie usług w stanach awaryjnych 3. Odłożenie w czasie inwestycji infrastrukturalnych redukcja ograniczeń przesyłowych regulacja mocy biernej 7

8 Dziękuję Prelegent: Grzegorz Tomasik, 8

9 WYMOGI DLA OBSZARÓW ZASTOSOWANIA INSTALACJI MAGAZYNOWANIA ENERGII W ELEKTROENERGETYCE Źródło: EPRI 9

10 PODSTAWOWE PARAMETRY PRACY ZASOBNIKOW BATERYJNYCH L.p. Technologia zasobników bateryjnych Ocena dojrzałości technologicznej Pojemność [MWh] Moc [MW] Czas rozładowania [h] Maksymalna liczba cykli pracy [-] Baterie sodowosiarkowe Baterie kwasowoołowiowe (zaawansowane) Przemysłowa , Przemysłowa 0, , Baterie litowo-jonowe Demonstracyjna/ Przemysłowa 0, , Źródło: EPRI 10

11 WSPÓŁPRACA ZASOBNIKA BATERYJNEGO Z SIECIĄ ELEKTROENERGETYCZNĄ Źródło: EPRI 11

12 PODSTAWOWE UKŁADY PRACY INSTALACJI MAGAZYNOWANIA SPRĘŻONEGO POWIETRZA Układ pracy instalacji CAES z rekuperatorem (η 54%) Układ pracy instalacji CAES z magazynem ciepła - adiabatyczny (η 70%) Źródło: EPRI 12

13 ZALETY I WADY WYBRANYCH TECHNOLOGII MAGAZYNOWANIA ENERGII Nazwa technologii Zalety Wady Możliwe usprawnienia Zasobniki sodowosiarkowe (NaS) Zasobniki kwasowoołowiowe (LA) Zasobniki litowojonowe (Li-ion) Dojrzałość technologiczna Duża gęstość energii i mocy Duża sprawność Dojrzałość technologiczna Ogólnie dostępna Długi okres eksploatacji Duża gęstość energii i mocy Duża sprawność Droga technologia Wysoka temperatura pracy Tania technologia Wymaga obsługi i nadzoru Mała gęstość energii i mocy Wpływ temperatury na pojemność Droga technologia Technologia na etapie rozwoju Trudna w eksploatacji Obniżenie kosztów Zwiększenie odporności na zmiany temperatury Obniżenie kosztów Usprawnienie procesów kontroli (nadzoru) Magazynowanie sprężonego powietrza (CAES) Dojrzałość technologiczna Duża gęstość mocy i energii Ograniczenia geograficzne i geologiczne stosowania Dedykowana do dużych instalacji Zastosowanie układu adiabatycznego eliminującego gaz ziemny Źródło: Politechnika Warszawska 13

14 PRZYKŁADOWE PROBLEMY ZWIĄZANE ZE WSPÓŁPRACĄ FARM WIATROWYCH Z KSE Źródło: Vattenfall Europe, dane dla X