Magazyny energii w erze odnawialnych źródeł energii - rozwiązania australijskie

Magazynowanie energii jest korzystne, gdy występuje niskie zapotrzebowanie, niskie koszty wytwarzania lub, gdy dostępne źródła energii posiadają przerywaną charakterystykę produkcji. Ponadto zmagazynowana energia może być zużywana w okresach dużego zapotrzebowania, wysokich kosztów wytwarzania lub, gdy nie jest dostępne żadne alternatywne źródło generacji. Jednocześnie ciągły wzrost zapotrzebowania na energię, wzrost cen energii, mała zdolność adaptacji tradycyjnych metod wytwarzania energii do gwałtownie zmieniających się potrzeb rynku, zaostrzają kwestie związane z deregulacją rynku, problemami z jakością energii i naciskami na ograniczenie emisji dwutlenku węgla. Magazyny energii wydają się być rozwiązaniem wszystkich powyższych problemów oraz prowadzą do zaspokojenia zarówno istniejących jak i nowych potrzeb pojawiających się w wyniku transformacji energetyki.

Elektrownie szczytowo-pompowe jako magazyny energii

To co zasługuje na uwagę w dyskusjach na temat magazynowania energii na dużą skalę to przede wszystkim znaczący udział elektrowni szczytowo-pompowych w całkowitej mocy zainstalowanej. Australia posiada już trzy elektrownie szczytowo pompowe, które działają od ponad 30 lat. Są to:

- Tumut 3 o mocy zainstalowanej 1 800MW działająca od 1973 roku^[1],

- Shoalhaven o mocy zainstalowanej 240MW działająca od 1977 roku^[2] oraz

- Wivenhoe o mocy zainstalowanej 500MW, działająca od 1984 roku^[3].

Dodatkowo w marcu 2017 roku Premier Malcolm Turnbull ogłosił plany dotyczące rozbudowy systemu Snowy Hydro 2.0, rozszerzając tym samym pierwszy program dla elektrowni szczytowo-pompowych o 2 000 MW.  Zamierzeniem tego systemu, jest połączenie dwóch istniejących zbiorników Snowy Scheme Tantangara i Talbingo za pomocą podziemnych tuneli z elektrownią szczytowo-pompową. Przepompownia będzie działała jak konwencjonalny schemat hydroelektryczny, ale zamiast uwalniania wody po wygenerowaniu energii pompuje wodę z powrotem do górnego zbiornika, aby ponownie ją użyć. Możliwość pompowania i przechowywania wody oznacza, że ​​Snowy 2.0 zachowuje się jak gigantyczna bateria, magazynując i oddając energię. Założeniem tego systemu jest pompowanie wody za pomocą prądu w czasach niskiego zapotrzebowania i magazynowanie jej w górnym zbiorniku. Następnie, w okresach szczytowego zapotrzebowania, kiedy energia jest najbardziej potrzebna, zmagazynowana woda będzie używana do generowania energii elektrycznej, która będzie dostępne w ciągu kilku minut. Projekt obejmie podziemne prace wykopaliskowe i tunelowe między dwoma zbiornikami na głębokości do jednego kilometra. Obejmuje również roboty nawierzchniowe w kilku lokalizacjach, w tym na konstrukcjach wlotowych i wylotowych, szybach napływowych, kablach i portalach wentylacyjnych. Konieczne będzie również przeprowadzenie szeregu prac pomocniczych, takich jak ustanowienie lub modernizacja dróg dojazdowych i dróg oraz połączeń elektrycznych na placach budowy[4].

Uzasadnieniem do realizacji takiego projektu była konieczność wprowadzenia rozwiązań umożliwiających stabilizację systemu, na którego obszarze zlokalizowane są farmy wiatrowe.  Jeśli wiatr wieje w nocy, kiedy konsumenci śpią, zakłada się że Snowy 2.0 będzie w stanie absorbować energię wiatru poprzez przepompowywanie i magazynowanie wody w górnym zbiorniku. Kiedy natomiast gospodarstwa domowe rozpoczną dzienną pracę zwiększając przy tym zapotrzebowanie, Snowy 2.0 będzie zdolny do rozpoczęcia szybkiej generacji nadążającej za zwiększającym się zapotrzebowaniem i wprowadzanie tej energii do sieci.

To na co warto zwrócić uwagę, to fakt, że optymalizacja istniejących rozwiązań w zakresie generowania energii z wody jest kluczową częścią inicjatywy Battery of the Nation[5]. Flagowy projekt tej inicjatywy koncentruje się na jednym z najstarszych systemów wodnych w Tasmanii o nazwie system Tarraleah w Central Highlands. Został on oddany do użytku
w 1930 roku i wytwarza około 630 GWh energii rocznie, co stanowi 6,5% całkowitej produkcji Hydro Tasmania, która jest największym producentem energii na Tasmanii. Przy wsparciu Australijskiej Agencji Energii Odnawialnej (ARENA), została dokonana ocena możliwości przebudowy systemu energetycznego Tarraleah. ARENA sfinansowała wstępne studium wykonalności, analizujące, w jaki sposób system hydroenergetyczny może zostać ponownie wykorzystany na potrzeby przyszłego rynku energii. W tym badaniu zalecono pełne studium wykonalności, aby ocenić ryzyko i korzyści związane z przebudową systemu[6].^.

Wiele firm ciągle bada i aktywnie planuje budowę nowych elektrowni szczytowo-pompowych. Na uwagę zasługuje tutaj projekt Tilt Renewables w zlikwidowanym kamieniołomie na północ od Adelajdy. Highbury Pumped Hydro Energy Storage (PHES) będzie się znajdował około 13 km na północny wschód od Adelajdy na 350 ha nieużywanego terenu kamieniołomu. Będzie miał możliwość magazynowania 1 350 MWh energii i wygenerowania do 300 MW mocy na 4,5 godziny [7].

Możliwości wykorzystania magazynów energii

Początkowo założenia dla rozpoczęcia inwestycji w zasobniki energii związane były przede wszystkim z zagwarantowaniem możliwości magazynowania energii w celu jej późniejszego wykorzystania, szczególnie zgodnie ze słusznym założeniem, że bardziej uzasadnione ekonomiczne jest skonsumowanie większości wyprodukowanej na potrzeby własne energii ze źródeł odnawialnych, niż jej odsprzedaż do sieci. Dodatkowo, takie podejście wpisywało się w przekonanie, że tworzona jest rezerwa energii identyfikowana z lokalną pewnością zasilania. Przy czym, rozwiązanie takie pozwala na: po pierwsze elastyczne zarządzanie profilem poboru energii w celu minimalizacji kosztów jej użytkowania, a po drugie umożliwia świadomy i racjonalny wybór taryfy.

Technologie magazynowania energii mogą zapewnić szereg niezbędnych usług dla sieci elektroenergetycznych, poprzez dostarczanie niezbędnych usług sieciowych, takich jak równoważenie podaży i popytu, poprzez świadczenie usług pomocniczych, które pozwalają reagować na niewielkie wahania podaży i popytu, aż do zapobiegania poważnym zakłóceniom w dostawie energii. I to, na co warto na zakończenie zwrócić uwagę, to zmiany na rynku energii, jakich należy się spodziewać szczególnie w obszarze nowych usług związanych z magazynowaniem energii, dla których już dzisiaj warto opracować standardowy katalog akceptowalny przez zainteresowane podmioty i regulatora. Problem regulacji tej części systemu elektroenergetycznego pozostaje ciągle do dyskusji. Nie tylko na poziomie krajowym, ale również na poziomie ogólnoświatowym ciągle brak jest kompleksowych rozwiązań.

Podsumowanie

Magazyny energii to z pewnością duży krok naprzód w dobrym kierunku. Odkąd istnieje sieć energetyczna, firmy poszukiwały sposobów bezpiecznego i wydajnego magazynowania energii, aby można było ją zużywać na żądanie, a jej wydajność dokładnie kontrolować,
a dokładną częstotliwość dystrybuowanej energii można ściśle regulować. Magazynowanie energii zostało zidentyfikowane jako istotne narzędzie dla przyszłości skoordynowanego i niezawodnego działania sieci energetycznych.

Pamięć masowa może również pomóc w zniwelowaniu błędów prognozowania, usuwać bariery w łączeniu zasobów odnawialnych z różnymi sieciami, przesuwać szczytowe wartości popytu poprzez magazynowanie energii poza szczytem, ​​zapewniać regulację częstotliwości i może opóźniać kosztowne modernizacje sieci. Upewnienie się, że odpowiednia ilość energii jest dystrybuowana do użytkowników końcowych ma kluczowe znaczenie dla infrastruktury sieciowej - zbyt duża ilość energii może dokonać spustoszeń na sieci, zbyt mała skutkuje spadkami i zakłóceniami w jej działaniu. W chwili obecnej opracowuje się i wdraża szeroką gamę technologii pamięci masowej, aby zapewnić, że sieć spełnia nasze codzienne potrzeby energetyczne, warto jeszcze zadbać o standardy ich podłączenia, eksploatacji oraz reguły uczestnictwa na rynku energii.

Ewa Mataczyńska

[1] https://www.aussierenewables.com.au/directory/tumut-3-hydro-power-station-97.html, [dostęp 01.07.2018]

[2] http://www.abc.net.au/news/2018-05-08/shoalhaven-hydro-set-to-double-capacity/9735686, [dostęp 01.07.2018]

[3] https://reneweconomy.com.au/wivenhoe-pumped-hydro-big-little-plant-didnt-30606/ dostęp 01.07.2018

[4] Fully Charged: Renewable and Storage Powering Australia, Climate Council of Australia Ltd 2018.

[5] C. Potter (lead), P. Williams, S. Allie, M. Piekutowksi, J. Butler, C. Maxwell, Battery of the Nation, Analysis of the Future Electricity Market, Exploring a vision where Tasmania plays significantly expanded role in the NEM, Hydro Tasmania,  April 2018.

[6] Hydro Tasmania, Repurposing Tarraleah hydropower scheme for the future electricity market Pre-feasibility study, Knowledge sharing report, January 2018.

[7] https://www.tiltrenewables.com/assets-and-projects/highbury-pumped-hydro-energy-storage/ [dostęp:20.07.2018]