Magazynowanie energii kluczem do e-mobilności

Podczas gdy rośnie zużycie energii, a tak wiele mówi się o e-mobilności i pojazdach elektrycznych, coraz istotniejszą rolę odgrywa zagadnienie jej magazynowania. Potencjalne koncepcje postępu w technologii magazynowania energii są jednym z tematów raportu „E-mobilność: wizje i scenariusze rozwoju”.

Autorzy opracowania „Scenariusze rozwoju technologii magazynowania energii” podkreślają, że w 2014 roku zużycie energii na kontynencie europejskim przekroczyło 20 000 TWh i rośnie w zróżnicowany sposób. Sieć elektroenergetyczna ulega szybkim zmianom, by sprostać zapotrzebowaniu na bezpieczny, zrównoważony system energetyczny. Branża zdaje sobie jednak sprawę, że za pomocą konwencjonalnych środków (jak rozbudowa sieci) nie uda się szybko i ekonomicznie uzyskać pożądanej zdolności wytwórczej. Tym bardziej w przypadku dynamicznego rozwoju e-mobilności oraz transportu elektrycznego. Zasadnicze znaczenie dla elastyczności systemu elektroenergetycznego będzie miało magazynowanie energii w lokalnych systemach i wybór optymalnego zasobnika energii. Pozwoli to przechowywać energię, gdy jej produkcja przeważa nad zużyciem, a wykorzystywać, gdy zużycie przeważa nad produkcją. Tymczasem istnieją różne technologie magazynowania energii, o różnych właściwościach determinujących lub eliminujących ich użycie w konkretnych przypadkach. W dodatku znajdują się one na różnych etapach rozwoju technicznego i badań.

Różne systemy – różne możliwości i ograniczenia

Opublikowane w raporcie opracowanie przedstawia najważniejszy podział systemów magazynowania energii ze względu na technologię i czas reakcji:
Różnorodne technologie magazynowania energii wynikają z dostępności zasobów, lokalizacji oraz zastosowania danego systemu. I tak np. akumulatory kwasowo–ołowiowe są najbardziej rozpowszechnionym rodzajem akumulatora, a dzięki stosunkowo dużej gęstości mocy i energii oraz niskiemu samorozładowaniu są najchętniej stosowane jako akumulatory rozruchowe czy zasilacze awaryjne UPS, np. w telekomunikacji. Kondensatory dwuwarstwowe mogą gromadzić lub uwalniać energię z bardzo wysoką sprawnością i w krótkim czasie, można więc potencjalnie wykorzystywać je w przypadku konieczności szybkiego dostarczenia dużej mocy. Jednak koszt energii (który może wynosi aż 20 000 EUR/kWh) znacznie przekracza koszty dla innych technologii magazynowania energii. Elektrownie szczytowo–pompowe, choć najbardziej rozpowszechnione (stanowią 90 proc. światowych systemów magazynowania energii w sieciach elektroenergetycznych) i będące jedną z najbardziej efektywnych kosztowo opcji, uzależnione są od warunków geograficznych i najczęściej znajdują się z dala od centrów poboru energii. Wśród badanych i opracowywanych obecnie systemów są m.in. termoelektryczne wysokotemperaturowe systemy magazynowania, syntetyczny gaz ziemny, kompresyjne zasobniki energii (wykorzystujące jako nośnik energii sprężone powietrze zmagazynowane np. w kawernach solnych) czy nadprzewodnikowe magnetyczne zasobniki energii.

Trzy warianty na przyszłość

Opracowanie przedstawia również scenariusze rozwoju technologii magazynowania energii do 2050 roku, opracowane przez Międzynarodową Agencję Energetyczną (IEA). Bazują one na koncepcji przewidującej redukcję emisji CO2 o blisko 60 proc. do roku 2050 (w porównaniu z 2013 rokiem), przy prognozowanym spadku emisji dwutlenku węgla po roku 2050 aż do osiągnięcia neutralności wobec efektu cieplarnianego. Jest to tzw. scenariusz 2DS w wersji podstawowej, „przełomowej” (przewidującej agresywną redukcję kosztów technologii magazynowania energii) oraz w wersji „pojazd elektryczny” (EV), który zakłada reakcję strony popytowej przy ładowaniu floty pojazdów elektrycznych.

Jak zaznaczają autorzy, wysokość koniecznych inwestycji w technologie magazynowania energii różni się w poszczególnych scenariuszach: od 380 mld dolarów w scenariuszu EV, do 590 mld dolarów w scenariuszu 2DS i 750 mld dolarów w scenariuszu „przełomowym”. Kwoty te są szacowane dla czterech regionów modelowanych: Chin, Indii, Unii Europejskiej i Stanów Zjednoczonych. Koszty kapitałowe dla technologii magazynowania energii są zakładane na poziomie 1500 USD/kW i 50 USD/kWh w scenariuszach 2DS i EV, natomiast scenariusz „przełomowy” zakłada koszt 1200 USD/kW i 30 USD/kWh w roku 2050. Według specjalistów te potrzeby inwestycyjne są tylko ułamkiem 18 bln dolarów niezbędnych według scenariusza 2DS w produkcji energii elektrycznej dla tych czterech regionów.

Świat naukowy jest wciąż na etapie intensywnego poszukiwania jak najlepszych rozwiązań w dziedzinie magazynowania energii. Niezbędne jest też zdobywanie doświadczenia z działaniem poszczególnych systemów w terenie, ich testowanie. Dopiero wtedy będziemy mogli przekształcać zastosowania pilotażowe w praktyczne i konkurencyjne produkty – mówi Michał Ramczykowski, prezes Europejskiego Instytutu Miedzi, jeden ze współautorów opracowania. – Ale bez postępów w tym zakresie o prawdziwą e-mobilność będzie trudno

O publikacji:

Publikacja „Scenariusze rozwoju technologii magazynowania energii” jest częścią opublikowanego niedawno raportu „E-mobilność: wizje i scenariusze rozwoju”. Raport skupia się na różnych koncepcjach rozwoju e-mobilności w Polsce, głównie w aspekcie możliwości i ograniczeń technologicznych oraz ekonomicznych. Jest kolejną monografią wydawaną w ramach serii „Publikacje Europejskiego Kongresu Finansowego”. Wspomniane opracowanie stanowi krok w kierunku usystematyzowania posiadanej wiedzy oraz wskazania możliwych kierunków rozwoju sektorów sieciowych, przede wszystkim w miastach. Zebrane materiały zostały ułożone w dwóch częściach: w pierwszej przedstawiono koncepcje rozwoju e-mobilności (m.in. w świetle polityki klimatycznej i transportowej Unii Europejskiej i Polski, rozwoju autonomicznych systemów transportowych, ale też rozwoju świata wirtualnego i jego wpływu czy rynku dronów), druga natomiast prezentuje perspektywy rozwoju samochodów elektrycznych w Polsce (np. technologie magazynowania energii, potencjał car–sharingu czy instrumenty wsparcia e-mobilności).

Cały raport można znaleźć tutaj:
www.efcongress.com/sites/default/files/e-mobilnosc.pdf
oraz na stronie Leonardo-ENERGY.pl:
www.leonardo-energy.pl/article/raport-e-mobilnosc-wizje-i-scenariusze-rozwoju/