Jednym z kluczowych tematów poruszanych podczas V Forum Wizja Rozwoju było magazynowanie energii. Mieliśmy okazję zapytać moderatora panelu dotyczącego tego zagadnienia - Pawła Trojanowskiego - eksperta branżowego Klastra Technologii Wodorowych w organizacji Hydrogen Europe, działał w ramach inicjatywy European Clean Hydrogen Alliance, Sales Manager New Technologies Sescom S.A. i współautora podcastu Uwaga wodór! m.in. o kierunki rozwoju tego dynamicznego sektora czy aspekty związane z infrastrukturą.

Zielona energia jest obecnie wytwarzana z odnawialnych źródeł energii, takich jak woda, biomasa, słońce lub wiatr. Eksperci zmierzą się głównie z dwoma ostatnimi źródłami, jak słońce oraz wiatr, w aspekcie fotowoltaiki, czyli instalacji paneli fotowoltaicznych na farmach słonecznych oraz budynkach mieszkalnych. Dotyczy to zarówno użytku do produkcji zielonej energii przekazywanej do sieci energetycznej, jak i do użytku domowego. Drugim sposobem pozyskiwania zielonej energii, a zarazem będącym na czasie są farmy wiatrowe, występujące zarówno na lądzie jak i na morzach. Aktualnie energetyka morska to jeden z najszybciej rozwijających się sektorów branży na świecie.

W porównaniu z innymi źródłami energii: wiatrowej, morskie farmy wiatrowe wskazują na większą efektywność pracy turbin, co związane jest z większą stabilnością, jak i siłą wiatru wiejącą na otwartej, większej morskiej przestrzeni. Za efektywnością farm, czy to wiatrowych, czy słonecznych, ściśle związany jest temat magazynowania nadmiaru energii, co na dzień dzisiejszy jest największym problemem związanym z tego typu instalacjami.

Zielona energia będzie stanowić motor napędowy w produkcji ekologicznych paliw jak wodór, amoniak czy metanol oraz wiele innych biokomponentów. Ze względu na zmienność produkcji z OZE zależną w głównej mierze od warunków atmosferycznych w przypadku pv czy offshore lub onshore niezbędnym elementem są magazyny energii. Jakie rozwiązania są na tę chwilę najlepsze?

Wzrost udziału OZE w miksie energetycznym powoduje, że wzrasta zależność całego systemu energetycznego od warunków atmosferycznych. Dawniej głównie elektrownie węglowe zapewniały stabilną podstawę krajowego systemu, uzupełniają w godzinach szczytowych energią z elektrowni wodnych, głównie szczytowo-pompowych. W źródłach OZE natomiast – elektrowniach PV oraz wiatrowych, produkcja energii odbywa się wtedy, gdy są korzystne warunki: odpowiednio słoneczny i niezbyt ciepły dzień oraz stabilny, ale niezbyt mocny poziom wiatru, jednak nie zawsze wtedy, gdy zapotrzebowanie na energię jest największe. Najczęściej ten stan równoważy się poprzez stosowanie szybko dostępnych mocy zainstalowanych w elektrowniach gazowych, np. opartych na technologii silników tłokowych, lub poprzez stosowanie magazynów energii. Istnieje szereg technologii magazynowania energii, w których często każda ma inny zakres stosowalności. Są wśród nich superkondensatory i magazyny bateryjne, które umożliwiają szybkie ładowanie i rozładowanie, oraz cechują się małymi stratami, ale posiadają ograniczoną pojemność i stosunkowo krótki czas efektywnego magazynowania liczonych w minutach lub godzinach.

Są technologie magazynowania w energii potencjalnej  (np. zbiornika z wodą) albo energii termicznej (np. rozgrzanych skał), które cechują się parametrami pośrednimi. Są też wreszcie technologie zwane P2G (power-to-gas) czy P2L (power-to-liquid), które umożliwiają magazynowanie dużych ilości energii w specjalnie wytworzonych gazach lub cieczach, takich jak wodór czy jego pochodne – gaz syntetyczny, amoniak, metanol i inne. Takie formy magazynowania co prawda cechują się znacznie większymi poziomami strat przy konwersji, ale umożliwiają przechowywanie energii na znacznie dłuższe okresy czasu – dni, a nawet miesięcy. Odpowiadając więc na pytanie: które rozwiązania są obecnie najlepsze, uważam, że należałoby odpowiedzieć: to zależy od konkretnej aplikacji. W warunkach przydomowych prawdopodobnie lepiej sprawdzi się magazyn bateryjny, ale już dla zapewnienia energii do bezemisyjnego ogrzania miasta w okresie zimowym – magazyn wodoru zlokalizowany np. w kawernie solnej.

Ciekawym aspektem jest również koszt energii, zależny coraz silniej od zmiennej podaży. Widać to szczególnie na indeksach giełdowych cen energii, gdzie w dni o korzystnych warunkach atmosferycznych energia jest tańsza a w pochmurne i bezwietrzne dni, szczególnie w godzinach szczytu zapotrzebowania - droższa. Wielu dostawców magazynów energii pracuje nad rozwiązaniami inteligentnych systemów sterowania, które bazując na predykcji zapotrzebowania, pogody, jak i poziomów cen, będą w przyszłości umożliwiały ładowanie magazynu, gdy koszt energii jest najkorzystniejszy.

Skalowanie, których  z tych projektów stanowi największe wyzwanie? Czy ma to związek z typem i zaawansowaniem obecnej dostępnej infrastruktury?

Zdecydowanie największym obecnie wyzwaniem jest budowa niezbędnej infrastruktury. Technologie są znane i w większości przypadków przetestowane w rzeczywistych warunkach. Konieczne jest jednak zapewnienie odpowiedniego poziomu finansowania oraz niezbędnych regulacji i uwarunkowań prawnych. Uważam, że patrząc na cele rozwoju OZE, jakie stawiamy sobie w PEP2040, jak i wynikające z regulacji UE, powinniśmy w Polsce jak najszybciej rozpocząć proces budowy wielkoskalowych systemów magazynowania energii.

Specjalizuje się pan w tematyce zielonego wodoru, który jest aktualnie uważany za podstawę dekarbonizacji sektorów takich jak transport, żegluga czy przemysł ciężki i przede wszystkim osiągnięcia celów porozumienia paryskiego. Jak pan sądzi, jaką odegra rolę w polskiej transformacji energetycznej?

To temat rzeka...

Jako ekspert, który typ magazynowania energii uważa pan za najbardziej neutralny dla klimatu i środowiska?

To bardzo dobre pytanie. Rozpatrując wpływ na środowisko, należy zarówno wziąć pod uwagę okres eksploatacji, jak i produkcję oraz utylizację w tym również możliwość recyklingu. Produkcja baterii chemicznych wymaga stosowania znacznych ilości litu, kobaltu i niklu, których wydobycie i przetworzenie ma silnie negatywny wpływ na środowisko i lokalne społeczności.

Co prawda, istnieją rozwiązania dla ponownego wykorzystania częściowo zużytych baterii z samochodów elektrycznych w stacjonarnych magazynach energii, jednak w końcu wykorzystanie magazynu staje się nieefektywne kosztowo i konieczna jest jego utylizacja, która również jest mocno problemowa. Pod tym względem stosowanie magazynów wodorowych lub bazujących na jego produktach pochodnych jest znacznie bardziej ekologiczne, zwłaszcza gdy zastosowany wodór wyprodukowany będzie w sposób bezemisyjny.

Czy jest on również optymalną formą?

Tu wracamy do zagadnienia, że dobór optymalnej technologii będzie różny w zależności od konkretnej aplikacji i potrzeb.

Jakiego rzędu strat możemy się spodziewać w przypadku magazynowania wodoru i jakie czynniki te straty warunkują

Straty energii najpierw w procesie elektrolizy, a później podczas konwersji w ogniwie paliwowym są znaczne – nawet połowa energii jest tracona pod postacią ciepła odpadowego. Dlatego dużo bardziej opłacalne z energetycznego punktu widzenia jest więc bezpośrednie spalanie wodoru np. w kotle, które umożliwia wykorzystanie całości energii termicznej w nim zawartej. Niemniej analizowanie poziomów strat energii na magazynowaniu dobrze jest zestawiać z korzyściami wynikającymi z bezpieczeństwa i stabilności dostaw energii oraz w przypadku rozległych instalacji OZE, również możliwościami zagospodarowania nadmiarów wytworzonej energii. W takim przypadku rachunek zysków i strat może mieć zupełnie inną wartość.