+48 572 372 372W obecnej dyskusji powszechnie funkcjonują pojęcia takie jak magazyn energii oraz szeroko pojęte magazynowanie energii. Choć polski ustawodawca w przepisach przypisuje konkretne znaczenia tym określeniom, warto pamiętać, że sam magazyn energii to fizycznie bateria, natomiast magazynowanie tworzy zaawansowany system. Wokół tematu narosło wiele dezinformujących wątków, dlatego w niniejszym artykule pragniemy uporządkować podstawy tego zagadnienia.
Czego dowiecie się z artykułu?
Tym artykułem pragniemy wprowadzić Was w temat magazynowania energii. W tym celu w pierwszej kolejności odróżnimy magazyn od magazynowania energii i zaprezentujemy podstawowe definicje z tym związane. Następnie omówimy zasady działania, zaczynając od zwięzłej historii magazynowania energii. Potem przejdziemy do realnego zastosowania systemów w codziennym życiu oraz finalnie nakreślimy ramy opłacalności tego typu inwestycji.
Czym jest magazyn energii, a czym system magazynowania energii?
W codziennym użyciu określenia „magazyn energii” i „ESS” często stosuje się zamiennie. Nie zamierzamy z tym walczyć, ponieważ język ma przede wszystkim służyć jego użytkownikom. Jednocześnie chcemy jednak, aby każdy miał rzetelną wiedzę, która pozwala mu świadomie rozmawiać o tematach OZE.
Technicznie należy definicje magazynu i magazynowania energii rozdzielić, ponieważ pomaga to zrozumieć czego używamy, od czego zależą możliwości instalacji OZE magazynującej energię i za co właściwie płacimy.
Magazyn energii – gdzie przechowywana jest energia
W typowym domowym magazynie energia elektryczna zostaje przekształcona i zgromadzona w modułach bateryjnych. Ich pojemność wyrażona w kWh określa, ile energii można przechować. Sama liczba kilowatogodzin nie mówi jednak, jak system będzie działał. Bateria o dużej pojemności może być mało użyteczna, jeśli system ma niewystarczającą moc rozładowania. Bateria zwiększy autokonsumpcję, ale przykładowo może nie posiadać możliwości backu-upu.
Dlatego też sam magazyn energii wraz z jego pojemnością są jednym z elementów systemu magazynowania energii, a nie opisem funkcjonalności całej instalacji.
Magazynowanie energii (ESS) – zarządzanie energią
Energy Storage System (ESS) łączy magazyn energii z urządzeniami odpowiadającymi za przetwarzanie, pomiary, komunikację i sterowanie energią. W zależności od architektury mogą to być:
- moduły bateryjne;
- BMS nadzorujący pracę baterii;
- falownik hybrydowy;
- urządzenia pomiarowe;
- EMS zarządzający przepływem energii;
- aparatura zabezpieczająca;
- urządzenia przełączające instalację w tryb zasilania awaryjnego.
Nie wszystkie instalacje wyglądają tak samo. Część producentów integruje wiele funkcji w jednym urządzeniu, inne rozwiązania budowane są modułowo.
Najważniejsze jest zastosowanie – jako system magazynowania energii rozumiemy instalację, która potrafi mierzyć produkcję i zużycie, przetwarzać energię oraz decydować, gdzie ma ona w danej chwili popłynąć w zależności od potrzeb użytkownika.
Powiązane definicje
W powyższych akapitach padają pojęcia opisujące funkcjonalność ESS. W tym obszarze warto również rozróżnić trzy najważniejsze definicje, które dotyczą systemów magazynowania energii – chodzi o autokonsumpcję, back-up i off-grid.
Autokonsumpcja oznacza sposób korzystania z prądu, którego celem jest, aby w ilości energii zużytej największy udział miała energia przez nas produkowana. Czyli maksymalizujemy zużycie energii z OZE, nie: z sieci. Magazynowanie energii jest silnie związane ze zwiększaniem autokonsumpcji z uwagi na to, że czas wytwarzania energii w małym stopniu pokrywa się z czasem jej zwiększonego zużycia. Inteligentne zarządzanie zużyciem i odkładanie nadwyżkowej energii “na potem” pozwala obejść asynchroniczność produkcji i konsumpcji prądu.
Back-up to funkcja, która aktywuje się w sytuacji przerwy w dostawie prądu, sprawiając, że nasza instalacja odbiorcza (lub jej wydzielona część) dalej działa dzięki zgromadzonej przez nas wcześniej energii. To zabezpiecza obiekty korzystające z energii przed chwilową utratą zasilania z sieci. Większość dzisiejszych technologii pozwala zapewnić back-up krytycznym obwodom przez określony czas. Rozwiązania podtrzymujące całą instalację przez całą dobę są dostępne na rynku, ale wymagają większego nakładu finansowego. Możliwe jest również rozbudowanie systemu back-up o własny niezależny generator energii (np. agregat paliwowy), gdy ta magazynowana się skończy. Back-up często mylnie utożsamiany jest z off-gridem.
Off-grid to sieć funkcjonująca w 100% niezależnie (“off-”) od zewnętrznych dostawców energii (“-grid”). W takim systemie, aby korzystać z prądu, potrzebne jest urządzenie generujące go – obecnie najpopularniejszymi w gospodarstwach domowych są fotowoltaika, turbina wiatrowa, czy klasyczny agregat (generator paliwowy). Najczęściej dla zapewnienia ciągłości pracy systemu konieczne jest połączenie tych wszystkich źródeł wytwarzania. To rozwiązanie dla konsumentów, którzy chcą uniezależnić się od sieci energetycznej lub nie mają możliwości podłączenia się do niej. Takie rozwiązanie narzuca użytkownikom szereg ograniczeń, a w oparciu o odnawialne źródła energii zwiększa naszą zależność od pogody.
Jeżeli chcesz dokładniej rozróżniać ESS, BMS, EMS, kW, kWh, pojemność użytkową czy obwody krytyczne, mamy przygotowany osobno słownik najważniejszych pojęć związanych z magazynami energii. W tym artykule skupiamy się tylko na kluczowych do zrozumienia podstaw magazynowania energii.
Jak działa magazynowanie energii?
Krótka historia magazynowania energii
Mało kto zdaje sobie sprawę, że temat magazynowania energii elektrycznej jest tak stary, jak samo jej (energii) odkrycie. Wyzwania z tym związane podejmujemy od kilkuset lat. Tym bardziej szokujące może być, że aktualnie dalej napotykamy problemy związane z jej efektywnym gromadzeniem.
Gromadzenie energii to ogromne wyzwanie z czysto technologicznego punktu widzenia. To prawa fizyki sprawiają, że znacznie łatwiej energię wytworzyć, przekazać dalej lub przyjąć, niż bezpiecznie i bezstratnie zmagazynować.
Mówi się, że potrzeba jest matką wynalazku i tak też stało się w tym przypadku. Istotność tematu przechowywania energii elektrycznej wzrosła wraz z liczbą urządzeń, budynków, instytucji i branż, których działanie zależy od jej stałego i stabilnego dostępu. Mowa tutaj przede wszystkim o infrastrukturze krytycznej, łodziach, czy miejscach znacznie oddalonych od aglomeracji i skupisk ludzkich.
Rynek magazynowania energii dzisiaj
A jak jest dzisiaj? Krytyczne obszary życia tzw. “cywilizacji zachodniej” zostały energetycznie zabezpieczone (generatory prądu, zasilanie awaryjne, UPS, małe elektrownie), więc przyszła pora na “zwykłego konsumenta”. Popularyzacja ESS odpowiada na niespotykane wcześniej potrzeby, jak elektromobilność czy energochłonne rozwiązania w gospodarstwach domowych.. Te sektory powodują wręcz logarytmiczny wzrost zapotrzebowania na magazyny energii, a to znowu wymusza nowe rozwiązania w tym obszarze.
Technologia akumulatorowa zyskuje nową dynamikę również w obecnej sytuacji geopolitycznej świata. Zarządzanie energią na poziomie lokalnym i globalnym oraz fluktuacje cen paliw i prądu na świecie jeszcze silniej motywują naukowców i inżynierów ESS do poszukiwania i rozwoju tej technologii.
Branża energetyczna w całej swojej okazałości znacząco przyspiesza, ale w przypadku ESS jesteśmy w trakcie “rynkowej rewolucji”. To bez wątpienia wpłynie na jakość naszego życia i postrzeganie codziennego dostępu do energii.
Elektryfikacja naszego życia doprowadziła do tego, że obecnie wyzwaniem nie jest dostarczenie energii, ale optymalizacja jej użycia i zarządzanie nią. A to właśnie podstawowe role systemów magazynowania energii.
Elementy systemu magazynowania energii
Współczesny model pracy ESS z instalacją OZE można przedstawić jako cztery współpracujące elementy:
- źródła prądu – sieć oraz własne: fotowoltaika, turbina wiatrowa, generator, inne
- odbiorniki prądu – klimatyzacja, lodówka, samochód EV, inne
- magazyn prądu – moduły bateryjne w ESS
- sterownik – inaczej EMS, które rozdysponowuje energię pomiędzy urządzeniami 1-3 w sposób mający zwiększyć użyteczność właściciela domu
Logika działania i funkcje ESS
System magazynowania energii opiera swoje działanie na sterownikach, które na bieżąco decydują o przepływach energii, aby zaspokoić określone potrzeby (back-up lub oszczędności) według preferencji użytkownika instalacji. W tym celu realizują następujące funkcje:
- magazynują energię z OZE lub z sieci (np. gdy jest tania i tak je zaprogramowano);
- zaopatrują w energię odbiorniki według priorytetów (np. sieć internetowa, rekuperacja, klimatyzacja);
- wybierają do użycia preferowane (zazwyczaj tańsze) źródło prądu – z sieci lub zamagazynowany;
- utrzymują określony poziom naładowania magazynu energii na ewentualny backup lub do realizacji codziennej autokonsumpcji.
ESS, aby realizować te funkcje, w autonomiczny i inteligentny sposób podejmuje decyzje o zarządzaniu energią. Dlatego tak zależy nam na rozróżnieniu określeń “magazyn energii” i “system magazynowania energii”, ponieważ pierwsze z nich niewystarczająco podkreśla aktywny charakter pracy instalacji ESS.
Kiedy magazynowanie energii się opłaca?
Opłacalność dla każdego może znaczyć coś innego. W tym artykule używać będziemy tego określenia do wyłącznie do korzyści finansowych. Można bowiem rozumieć, że coś się opłaca, bo za relatywnie niewielkie pieniądze przed czymś chroni czy zwiększa poczucie bezpieczeństwa. W przypadku magazynu może być to na przykład zapewnienie back-upu.
W kolejny akapitach rozpatrujemy opłacalność wyłącznie z perspektywy finansowej – rozumiemy ją tutaj jako niższe koszty, wyższe oszczędności lub zyski. Chcemy też podkreślić, że naszym celem jest obiektywne przedstawienie tematu i wsparcie klienta w podjęciu świadomej decyzji. Dlatego do opisu przypadków opłacalności dodajemy niuanse, a na koniec opisujemy przypadki nieopłacalności ESS.
Czy opłacalność magazynu energii jest gwarantowana?
Magazyn energii nie zawsze się opłaca, a samo posiadanie fotowoltaiki nie wystarcza, aby taką inwestycję uzasadnić. Największy sens finansowy ESS ma wtedy, gdy:
- zagospodarowuje istotne nadwyżki PV;
- przenosi energię na godziny wysokiego zużycia;
- pozwala wykorzystać różnice cen.
Opłacalność przy istotnych nadwyżkach PV
Jeżeli duża część produkcji instalacji jest regularnie wysyłana do sieci, magazyn może przejąć część tej energii, a domownik dobrze spożytkować. ESS staje się wtedy narzędziem do optymalizacji zużycia, czyli kosztów.
Ważne jest tu jednak określenie “regularnie”. W sytuacji sporadycznych nadwyżek część pojemności może pozostać niewykorzystana, co tym samym nie uzasadnia zakupu dużej baterii.
Korzyści z magazynu przy produkcji PV poza zużyciem
Im większa rozbieżność między konsumpcją a produkcją PV, tym istotniejsza rola magazynu. Powszechnych przykładem są domy, w których mieszkańcy są poza budynkiem w ciągu dnia, a zużycie znacznie rośnie po południu i wieczorem. Magazyn pozwala wtedy niemal bezstratnie “przesunąć” na wieczór prąd produkowany w ciągu dnia.
Należy jednak też
Zyski na różnych cenach energii
Ten model nie musi być związany wyłącznie z własnym OZE. Może zostać zastosowany mając jedynie podłączenie do sieci i korzystając z taryf dynamicznych. Jeżeli system potrafi ładować baterię z sieci, analizować bieżące ceny, prognozować i podejmować decyzje o zakupie, to energia może zostać kupiona w godzinach tańszych i wykorzystana w droższych.
Ważne, aby w obliczeniach uwzględniać np. sprawność całego cyklu czy pozostałe składniki rachunku. Magazyn podłączony do taryfy dynamicznej nie jest samoistną maszyną do arbitrażu. Temat analizujemy rzetelnie w artykule o magazynie energii i taryfach dynamicznych.
Kiedy magazyn może mieć mały sens ekonomiczny
Magazyn może nie być najlepszą formą inwestycji. Aby nią się stał, musimy mieć co magazynować i jak zgromadzoną energię zużywać.
Ekonomiczna wartość ESS może być niewielka, gdy:
- fotowoltaika ma małe nadwyżki;
- duża część energii z PV podlega autokonsumpcji;
- roczne zużycie energii jest niskie;
- koszt budowy lub rozwoju istniejącej instalacji jest wysoki.
Szczególnym przypadkiem są prosumenci pozostający w net-meteringu, gdzie sieciowy system opustów zmniejsza ekonomiczną motywację do magazynowania energii wyłącznie w celu zwiększania autokonsumpcji. Nie oznacza to jednak, że magazyn nie może mieć tam innych funkcji. O tym temacie również napisaliśmy artykuł, w którym analizujemy zastosowanie magazynów energii w net-meteringu.
Podsumowanie
Wiemy już skąd przechowywanie i zarządzanie energią pojawiły się “na językach”. Wiemy jak długo naukowcy i inżynierowie pracują nad doskonaleniem tej technologii. Znamy najważniejsze definicje, zastosowanie systemów do magazynowania energii i rozumiemy ich opłacalność.
Ta wiedza wystarczy, aby przyswajać kolejne detale omawianych systemów. Jeżeli ciekawią Was kryteria, które są kluczowe przy doborze systemu do zapotrzebowania – przeczytacie o tym w naszych kolejnych artykułach.
Pamiętajcie też że w Bison Energy możecie liczyć na wsparcie na żywo. Z inżynierską precyzją pomożemy Wam w doborze najlepszego rozwiązania, odpowiemy na pytania i zwrócimy uwagę na kluczowe z Waszego punktu widzenia kwestie. Bo w instalatorstwie najwyższej jakości – decydują detale.