Magazynowanie lub komplementarne wykorzystywanie energii elektrowni wiatrowych. Leszek Katkowski Bogdan Płaneta

Transkrypt

1 Magazynowanie lub komplementarne wykorzystywanie energii elektrowni wiatrowych Leszek Katkowski Bogdan Płaneta 1

2 Plan prezentacji Zmienność wiatru (i sposoby unikania jej wpływu na energetykę wiatrową) Powody magazynowania energii elektrowni wiatrowych Planowana wielkość mocy elektrowni wiatrowych w Polsce - planowane sposoby utrzymywania mocy rezerwowych. Metody uzupełniania mocy elektrowni wiatrowych MoŜliwości wykorzystywania efektu wygładzania Porównanie sposobów magazynowania energii wiatrowej. SpręŜone powietrze jako środek magazynowania energii wiatru. Wodór jako środek magazynowani energii elektrowni wiatrowych Współpraca niespokojnych i spokojnych OZE Sposoby komplementarnego wykorzystywania energii wiatrowej. 2

3 Zmienność wiatru 1 Dane pomiarowe prędkości wiatru 2 czujników Warszawa styczeń 2010 [Źródło : Stacja Badawcza Instytutu Geofizyki Uniwersytetu Warszawskiego] [Źródło: Zbigniew Lubośny: Farmy wiatrowe w systemie elektroenergetycznym] 3

4 Zmienność wiatru 2 Dla średniorocznych prędkości wiatru 4 m/s 6 m/s stopień wykorzystania mocy elektrowni wynosi 7 % 25 % (dla 12 m/s - 64 %) [Źródło : Stanisław Gumuła, Agnieszka Wodniak Jak określić stopień wykorzystania mocy elektrowni wiatrowej, Czysta Energia] [Źródło : Andrzej Flaga: InŜynieria wiatrowa. Podstawy i zastosowania.] Polityka Energetyczna Polski 2030 stopień wykorzystania elektrowni wiatrowych 26 % 4

5 Zmienność wiatru 3 Wzór na moc wiatru: P o = 0,5ρv 3 F [Źródło : Anemos] [Źródło : Michael Schreyer, Lutz Mez: Studium Wykonalności ERENE] Obszar Północno zachodnie wybrzeŝe Danii WybrzeŜe Polski V [m /s ] > 8,5 > 5 P [W / m2] > 700 > 150 [Źródło: Zbigniew Lubośny: Farmy Wiatrowe w systemie Elektroenergetycznym; moc wiatru dla wybrzeŝa Polski szacunek autorów] 5

6 Zmienność wiatru 4 Słabe wiatry mogą być lepiej wykorzystywane przez turbiny o osi pionowej, np. Darrieusa. Szczególnie dobre parametry w zakresie słabych wiatrów (3 6 m/s) mają turbiny chiralne. Mogą one generować nawet razy więcej energii niŝ turbiny klasyczne. [Źródło : Andrzej Flaga: InŜynieria wiatrowa. Podstawy i zastosowania.] 6

7 Powody magazynowania energii elektrowni wiatrowych - 1 Nawet jeŝeli istnieją wystarczające rezerwy mocy elektrowni cieplnych to przy wzroście prędkości wiatru większej niŝ przewidywana moŝe być potrzebne magazynowanie energii wiatrowej [Źródło: Prospects for Large-Scale Energy Storage in Decarbonised Power Grids ] 7

8 Powody magazynowania energii elektrowni wiatrowych - 2 Rezerwy mocy potrzebne w Zachodniej UE 8

9 Planowana wielkość mocy elektrowni wiatrowych w Polsce planowane sposoby utrzymywania mocy rezerwowych. Źródło Rok Moc [GW] Udział [%] Polityka Energetyczna Polski ,98 2,6 Polityka Energetyczna Polski ,89 15,3 Raport Rewolucja energetyczna dla Polski Greenpeace Scenariusz alternatywny W związku z małą rezerwą mocy hydroelektrowni uzupełnianie mocy elektrowni wiatrowych w roku 2030 będzie odbywało się głównie przy pomocy regulacji elektrowni cieplnych. Prawdopodobnie dla uzyskania rezerwy dla elektrowni wiatrowych wybuduje się elektrownie gazowe o mocy ok. 1,9 GW 9

10 Metody uzupełniania mocy elektrowni wiatrowych [Źródło: Bradley M Nickell, Wind Dispatchability and StorageInterconnected Grid Perspective] Metody uzupełniania mocy korzystne z ekologicznego punktu widzenia: 1. Wykorzystywanie efektu wygładzania z prognozowaniem pogody. 2. Akumulowanie energii elektrowni wiatrowych przy pomocy środków przyjaznych dla środowiska lub najbardziej efektywnych. 10

11 MoŜliwości wykorzystywania efektu wygładzania [Źródło: Institut für Solare Energieversorgungstechnik ISET Verein an der Universität Gesamthochschule Kassel] 11

12 Porównanie sposobów magazynowania energii wiatrowej - 1 [Źródło: Prospects for Large-Scale Energy Storage in Decarbonised Power Grids IEA] 12

13 [Źródło: Prospects for Large-Scale Energy Storage in Decarbonised Power Grids IEA] 13

14 Porównanie sposobów magazynowania energii wiatrowej - 3 [Źródło: Strona www Electricity Storage Assosiation] 14

15 Porównanie sposobów magazynowania energii wiatrowej - 4 Zasada działania elektrowni szczytowo pompowej [Źródło: Prospects for Large-Scale Energy Storage in Decarbonised Power Grids IEA] Podziemna elektrownia szczytowo pompowa Elektrownie wodne i wodne szczytowo pompowe są najlepszym i najtańszym sposobem gromadzenia energii produkowanej przez elektrownie wiatrowe. Stanowią obecnie podstawę bilansowania mocy energii wiatrowej w wielu krajach (np. w Danii). 15

16 SpręŜone powietrze jako środek magazynowania energii wiatru Potencjalnie bardzo wysoka sprawność, trudna do uzyskania w warunkach komercyjnych. 2. Dość duŝa gęstość objętościowa przechowywania energii 10 krotnie większa niŝ w potencjale wodnym. 3. MoŜliwość wykorzystania spręŝonego powietrza w procesach produkcyjnych i do napędu pojazdów. 4. Konieczność budowy zbiorników jeŝeli nie moŝna wykorzystać istniejących obiektów, np. grot lub sztolni. 5. W zastosowaniach praktycznych spręŝone powietrze jest wykorzystywane do doładowywania turbinowych elektrowni gazowych (CAES). 16

17 SpręŜone powietrze jako środek magazynowania energii wiatru - 2 Elektrownia szczytowa wykorzystująca spręŝone powietrze (Compressed Air Energy Storage CAES) Ciśnienie powietrza wynosi bar. [Źródło: Prospects for Large-Scale Energy Storage in Decarbonised Power Grids. IEA] 17

18 SpręŜone powietrze jako środek magazynowania energii wiatru Ze względów ekologicznych najlepszym rozwiązaniem zmniejszającym skutki nierównomiernego działania wiatraków moŝe okazać się wykorzystywanie turbin wiatrowych do bezpośredniego spręŝania powietrza. Powinny zostać zastosowane wysokosprawne metody spręŝania. 2. MoŜna rozwaŝyć budowę małych elektrowni szczytowych lokalizowanych w rejonach występowania farm wiatrowych. Elektrownie te mogłyby wykorzystywać samo spręŝone powietrze lub kombinację z biogazem albo gazem naturalnym. MoŜna takŝe rozwaŝyć podgrzewanie zbiorników spręŝonego powietrza biogazem. Charakterystyka pracy elektrowni wiatrowej z agregatem asynchronicznym 3. Elektrownie szczytowe wykorzystujące spręŝone powietrze musiałyby mieć wybudowane zbiorniki, co pogarsza ich efektywność finansową. śródło części informacji : dr inŝ. Mariusz Filipowicz (Nafta & Gaz Biznes czerwiec 2004) 18

19 Wodór jako środek magazynowani energii elektrowni wiatrowych DuŜe trudności z magazynowaniem wodoru spowodowane bardzo duŝą objętością na jednostkę energii i przenikalnością wodoru przez struktury krystaliczne. 2. Wysokie koszty transportu wodoru. 3. Stosunkowo wysokie koszty produkcji wodoru metodami elektrolitycznymi. 4. MoŜliwość uŝycia wodoru do produkcji paliw węglowodorowych lub paliw alkoholowych (np. w wyniku reakcji Sabatiera CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O ) 5. Ewentualne wdroŝenie tanich ogniw paliwowych znacznie polepszyłoby efektywność zastosowania wodoru jako środka magazynowania energii. Porównanie najwaŝniejszych elektrolitycznych metod produkcji wodoru 19

20 Wodór jako środek magazynowani energii elektrowni wiatrowych - 2 Porównanie wpływu kosztu energii elektrycznej na koszt produkcji wodoru produkcji wodoru Wodór mógłby być środkiem magazynowania energii wiatrowej pochodzącej z bardzo wietrznych wysp oceanicznych jeŝeli koszt wytworzenia energii elektrycznej byłby niski. MoŜna teŝ rozwaŝyć budowę pływających elektrowni produkujących wodór lub paliwa alkoholowe. 20

21 Wodór jako środek magazynowani energii elektrowni wiatrowych - 3 [Źródło NREL] 21

22 Współpraca niespokojnych i spokojnych OZE System wiatr - diesel Elektrownie biogazowe mogłyby stanowić elektrownie rezerwowe dla elektrowni wiatrowych. Musiałyby mieć powiększone zbiorniki i większe agregaty w stosunku do standardowych. 22

23 Sposoby komplementarnego wykorzystywania energii wiatrowej 1. Ładowanie akumulatorów samochodów elektrycznych w okresach wietrznych. 2. Produkcja spręŝonego powietrza dla potrzeb zakładów przemysłowych i oczyszczalni ścieków. 3. Wykorzystywanie energii pochodzącej z elektrowni wiatrowych w energochłonnych procesach przemysłowych, np. galwanizowanie, plazmogazyfikacja. 23

24 DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ 24