Czym jest magazyn energii i jak działa?

Magazyny energii stają się atrakcyjną opcją dla osób i firm, które chcą lepiej zarządzać zużyciem energii i obniżać koszty. Umożliwiają przechowywanie nadwyżek energii elektrycznej, którą można później wykorzystać w momentach większego zapotrzebowania lub wyższych cen prądu. To rozwiązanie pozwala na osiągnięcie realnych oszczędności oraz większej niezależności od dostawców energii. Istnieją różne technologie magazynowania energii, a wybór odpowiedniego magazynu zależy od wielu czynników, w tym zapotrzebowania na energię, możliwości instalacyjnych i oczekiwanych oszczędności.

Jak działa magazyn energii?

Magazyn energii działa na zasadzie przechowywania nadwyżek prądu i oddawania go wtedy, gdy jest potrzebny. W przypadku instalacji fotowoltaicznej wygląda to tak:

1. Ładowanie magazynu – jeśli panele produkują więcej energii, niż zużywasz, nadwyżka trafia najpierw do magazynu. Gdy jest już pełny, dodatkowa energia może być oddawana do sieci energetycznej.
2. Wykorzystanie energii – gdy słońce nie świeci lub zużycie energii jest większe niż aktualna produkcja, magazyn oddaje zgromadzoną energię, zamiast pobierać ją z sieci.
3. Bezpieczeństwo zasilania – jeśli nastąpi przerwa w dostawie prądu, magazyn może działać jak awaryjne źródło energii, zapewniając zasilanie podstawowych urządzeń w domu.

Najczęściej stosowane magazyny energii działają dzięki akumulatorom litowo-jonowym, w których energia elektryczna zamieniana jest na energię chemiczną i przechowywana do momentu użycia. W momencie potrzeby proces się odwraca – zgromadzona energia wraca do postaci prądu i zasila dom lub firmę.

W praktyce system działa automatycznie – sterownik magazynu decyduje, kiedy go ładować i kiedy oddawać energię, tak aby maksymalnie wykorzystać własną produkcję i obniżyć rachunki za prąd.

Warto zaznaczyć, że magazyny energii to nie tylko systemy do przechowywania prądu – istnieje kilka rodzajów magazynów, różniących się sposobem działania i zastosowaniem. Poniżej je wymieniamy.

 Magazyny elektrochemiczne (najbardziej popularne)

Magazyny elektrochemiczne są obecnie najbardziej popularne i to na nich skupiamy się w tym tekście. Tego rodzaju magazyny wykorzystują do kumulowania energii akumulatory. Najczęściej spotyka się akumulatory: kwasowo-ołowiowe, litowo-jonowe, litowo-polimerowe i litowo-żelazowo-polimerowe.

 Magazyny mechaniczne

Mechaniczne magazyny przechowują energię w postaci energii potencjalnej. Są to wykorzystywane w przemyśle magazyny sprężonego powietrza (CAES - Compressed Air Energy Storage), a także zespoły pompowo-turbinowe (np. w elektrowniach wodnych) oraz koła zamachowe – systemy stosowane w stabilizacji sieci elektroenergetycznych.

 Magazyny termiczne

Magazyny termiczne przechowują energię w postaci ciepła. Dzieli się je na magazyny ciepła jawnego (energia magazynowana jest w materiale bez zmiany jego stanu fizycznego) i magazyny ciepła utajonego (magazynowanie energii następuje dzięki przemianie fazowej materiału).Ciekawym przykładem magazynu ciepła utajonego może być „bioakumulator” magazynujący energię z fotowoltaiki za pomocą 3 ton organicznego wosku, zainstalowany w jednym z budynków w norweskim Trondheim. Kiedy wosk topnieje (zmienia stan skupienia z ciała stałego na ciecz), pochłania dużą ilość energii, która jest przechowywana bez znaczącej zmiany temperatury. Następnie, gdy wosk krzepnie (powraca do stanu stałego), energia ta jest uwalniana w postaci ciepła.

Jakie są zalety elektrochemicznych magazynów energii?

Elektrochemiczne magazyny energii Proton, w odróżnieniu od technologii eksperymentalnych, będących w fazie powstawania lub testowania, są obecnie skomercjalizowane. O ich popularności przesądza łatwość produkcji, montażu oraz eksploatacji. Do zalet magazynów bazujących na akumulatorach należą:

• ✅ integracja z agregatem prądotwórczym,
• ✅ zdolność magazynowania energii elektrycznej,
• ✅ możliwość dostosowania do różnych potrzeb, od małych instalacji domowych po duże systemy przemysłowe, dzięki temu użytkownik może dobrać optymalne rozwiązanie zgodnie ze swoimi wymaganiami.
• ✅ współpraca z OZE (możliwość wykorzystania zarówno w przypadku indywidualnych instalacji, jak i dużych elektrowni, ograniczenie emisji gazów cieplarnianych),
• ✅ obniżenie kosztów energii,
• ✅ zapewnienie ciągłości dostaw energii w przypadku przerw w zasilaniu z sieci elektroenergetycznej,
• ✅ zwiększenie stabilności sieci elektroenergetycznej, co zmniejsza ryzyko przerw w dostawie energii dla użytkowników,
• ✅ bilansowanie popytu i podaży na energię.

Należy podkreślić, że wiele z tych funkcji mogą spełniać także inne rodzaje magazynów energii, jednak z przywołanych wcześniej przyczyn, to właśnie magazyny elektrochemiczne są dziś zdecydowanie najczęściej wybieraną i dostępną opcją.  

Co daje magazyn energii elektrycznej w domu jednorodzinnym?

Magazyny energii najczęściej kojarzą się ze współpracą z odnawialnymi źródłami energii (OZE), ale nic nie stoi na przeszkodzie, aby działały wyłącznie z siecią elektroenergetyczną. Warto jednak zaznaczyć, że przy obecnych kosztach technologii elektrochemicznych takie rozwiązanie może być mniej opłacalne. Dlatego w kontekście domów jednorodzinnych magazyny energii rozpatruje się niemal wyłącznie w połączeniu z instalacją fotowoltaiczną lub innymi źródłami OZE.

Decydując się na magazyn energii, użytkownik może:

• ✅ Zmniejszyć rachunki za prąd – energia produkowana przez instalację fotowoltaiczną może być magazynowana i wykorzystywana w czasie, gdy produkcja jest niższa lub zapotrzebowanie na energię jest większe, co ogranicza konieczność pobierania prądu z sieci.
• ✅ Zwiększyć autokonsumpcję energii – zamiast oddawać nadwyżki do sieci, można je przechować i zużyć w późniejszym czasie, co pozwala maksymalnie wykorzystać własną produkcję.
• ✅ Zabezpieczyć się przed przerwami w dostawie prądu – w przypadku awarii sieci elektroenergetycznej magazyn może zasilać domowe urządzenia, zapewniając ciągłość działania podstawowych sprzętów.
• ✅ Zwiększyć niezależność energetyczną – możliwość przechowywania energii pozwala w mniejszym stopniu polegać na zewnętrznych dostawcach i uniknąć podwyżek cen prądu.

Sprawdź też: ➡️ Brak prądu w domu – jak sobie poradzić?

Jak firmy mogą obniżyć koszty energii dzięki magazynom?

Przedsiębiorstwa mają więcej możliwości niż gospodarstwa domowe, jeśli chodzi o optymalizację kosztów energii. W przypadku firm energochłonnych inwestycja w magazyn energii może znacząco zmniejszyć wydatki na prąd i poprawić stabilność zasilania. To rozwiązanie szczególnie opłacalne dla zakładów produkcyjnych, centrów logistycznych oraz firm, które zużywają duże ilości energii. 

Poniżej przedstawiamy najważniejsze korzyści, jakie może przynieść zastosowanie magazynów energii w firmie.

Redukcja zapotrzebowania w szczycie (Peak Shaving)

Magazyny energii, które posiadamy w ofercie, pozwalają na znaczne zmniejszenie zapotrzebowania na energię w okresach tzw. szczytu dobowego, czyli w okresach, kiedy energia elektryczna jest najdroższa. Korzystanie z energii zmagazynowanej w szczycie, pozwala na redukcję poboru energii z sieci, a tym samym, na oszczędności.

Optymalizacja kosztów poprzez różnice cenowe

Magazyny energii umożliwiają wykorzystanie różnic cenowych energii elektrycznej w ciągu doby. Arbitraż cenowy polega na ładowaniu magazynów w okresach, gdy ceny są niskie, i rozładowywaniu, gdy ceny rosną. W ten sposób można odsprzedawać nadwyżki produkcji po wyższych stawkach, maksymalizując zyski ze sprzedaży nadprodukcji.

Korzyści z programu Demand Side Response (DSR)

Część przedsiębiorców może zgłosić się do udziału w programie DSR. W ramach Demand Side Response, firmy otrzymują wynagrodzenie za gotowość do redukcji zużycia energii, a także za ograniczenie poboru energii, jeśli zajdzie taka potrzeba. W ten sposób pomagają stabilizować system energetyczny kraju, jednocześnie zarabiając. Informacje o potencjalnych problemach z zasilaniem są dostarczane z wyprzedzeniem, co pozwala firmom przygotować się na ograniczenie poboru prądu. Elastyczność magazynów energii umożliwia niemal natychmiastową reakcję na potrzeby systemu, bez faktycznego zmniejszania zapotrzebowania na energię elektryczną ze strony przedsiębiorstwa.

Optymalizacja mocy umownej

Dzięki magazynom energii, firmy mogą ograniczyć wielkość mocy umownej, gwarantowanej przez dostawcę energii elektrycznej. Magazynowanie energii pozwala na zmniejszenie mocy umownej, a także na uniknięcie jej przekroczenia – zarówno w jednym, jak i w drugim przypadku, ogranicza się koszty ponoszone na energię związane z mocą umowną.

Zautomatyzowane zarządzanie energią

Nowoczesne systemy zarządzania magazynami energii pozwalają na automatyczne dostosowanie się do zmian na rynku energii oraz do zmiennego zapotrzebowania. Procesy ładowania i rozładowywania są dynamicznie sterowane, co maksymalizuje korzyści finansowe i operacyjne przedsiębiorstw.

Sprawdź też: ➡️ Które branże wymagają stabilnego zasilania awaryjnego?

Najważniejsze parametry techniczne magazynów energii

Dobór odpowiedniego magazynu energii wymaga uwzględnienia kilku istotnych parametrów technicznych. To one decydują o jego wydajności, bezpieczeństwie i opłacalności. Poniżej przedstawiamy ważne cechy, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze odpowiedniego systemu.

• ✅ Pojemność elektryczna (MWh lub kWh) – określa ilość energii, jaką magazyn może przechować. Im większa pojemność, tym dłużej może zasilać firmę w przypadku przerw w dostawie energii, ale jednocześnie tym dłużej trwa jego ładowanie.
• ✅ Moc znamionowa (MW lub kW) – wskazuje maksymalną moc, jaką magazyn może dostarczyć lub pobrać w danym momencie. Parametr ten ma ważne znaczenie dla firm o zmiennym lub wysokim zapotrzebowaniu na energię.
• ✅ Sprawność energetyczna (%) – określa stosunek energii oddanej do pobranej, uwzględniając straty jednostki. Wyższa sprawność oznacza mniejsze straty podczas ładowania i rozładowywania magazynu.
• ✅ Czas ładowania i rozładowania – wskazuje, ile czasu potrzeba na pełne naładowanie lub rozładowanie magazynu. Parametr ten jest istotny w kontekście wykorzystania energii w szczytowych godzinach lub w sytuacjach awaryjnych.
• ✅ Żywotność (liczba cykli ładowania/rozładowania) – określa, jak długo magazyn zachowa pełną sprawność. Standardowo przekłada się na 10–15 lat użytkowania. Po tym czasie pojemność magazynu stopniowo się zmniejsza.
• ✅ Gęstość energii – określa ilość energii przypadającą na jednostkę masy lub objętości. Parametr ten wpływa na rozmiar i wagę magazynu, co ma znaczenie przy instalacjach w miejscach o ograniczonej przestrzeni.
• ✅ Zakres temperatur pracy – określa przedział temperatur, w których magazyn może efektywnie funkcjonować. Jest to kluczowe w przypadku instalacji w wymagających warunkach środowiskowych.
• ✅ Bezpieczeństwo – magazyny energii są wyposażone w systemy ochrony przed przegrzaniem, przeciążeniem i zwarciem. System zarządzania baterią (BMS) dba o optymalną pracę ogniw, zabezpieczając magazyn przed skrajnymi warunkami eksploatacji.
• ✅ Integracja z systemami zarządzania energią – nowoczesne magazyny współpracują z inteligentnymi systemami sterowania, co pozwala na optymalizację pracy i maksymalizację oszczędności.