Magazynowanie energii odgrywa kluczową rolę w zapewnieniu stabilnych dostaw energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii. Wraz ze wzrostem popularności odnawialnych źródeł energii, rośnie zapotrzebowanie na wydajne i niedrogie systemy magazynowania energii. Jakie technologie magazynowania energii zdominują rynek w 2023 roku?
Baterie litowo-jonowe najpopularniejszą technologią
Baterie litowo-jonowe są obecnie najpowszechniej stosowaną technologią magazynowania energii. Ich popularność wynika z wysokiej gęstości energetycznej, niskiej masie, braku efektu pamięci oraz stosunkowo niskich kosztów produkcji. W efekcie znajdują szerokie zastosowanie zarówno w elektronice konsumenckiej, jak i w systemach magazynowania energii na większą skalę.
W 2023 roku przewiduje się dalszy wzrost udziału baterii litowo-jonowych na rynku. Stały postęp w ulepszaniu elektrod i elektrolitów pozwala na wzrost gęstości energetycznej o 5-8% rocznie. Co więcej, dzięki ekonomii skali koszty produkcji spadają średnio o 10-15% rocznie. To sprawia, że baterie litowo-jonowe stają się coraz bardziej konkurencyjne cenowo.
Spadają koszty produkcji baterii
W ostatnich latach obserwujemy znaczny spadek kosztów produkcji baterii litowo-jonowych. Jest to związane przede wszystkim z rozwojem technologii produkcji i wzrostem skali. Prognozuje się, że do 2025 roku koszt 1 kWh pojemności spadnie poniżej 100 dolarów. Dla porównania w 2010 roku wynosił on ponad 1000 dolarów.
Coraz większa pojemność i gęstość energetyczna
Produkcenci baterii wprowadzają stale ulepszenia w konstrukcji elektrod, separatorów i elektrolitów. Pozwala to na zwiększanie pojemności o 5-7% rocznie przy niewielkim wzroście masy i objętości. Przekłada się to na wzrost gęstości energetycznej z poziomu około 250 Wh/kg w 2016 roku do nawet 400 Wh/kg w najnowszych ogniwach.
Coraz szersze zastosowanie w systemach magazynowania
Dzięki poprawie parametrów i spadkowi cen, baterie litowo-jonowe są coraz częściej stosowane w dużych systemach magazynowania energii. Umożliwiają one stabilizację pracy sieci elektroenergetycznej przy rosnącym udziale niestabilnych źródeł odnawialnych. Prognozuje się, że do 2025 roku ponad 90% nowych projektów magazynowania energii będzie opartych o baterie litowo-jonowe.
Magazynowanie energii w wodorze coraz bardziej opłacalne
Wodór jawi się jako obiecujące medium do magazynowania energii na dużą skalę. Chociaż obecnie technologia ta jest stosunkowo droga, postęp techniczny i rosnąca skala produkcji mogą znacząco obniżyć koszty w najbliższych latach.
Malejące koszty produkcji i magazynowania wodoru
Dzięki rozwojowi technologii, takich jak elektroliza wody przy użyciu odnawialnych źródeł energii oraz reforming parowy metanu, koszty produkcji wodoru systematycznie spadają. Dodatkowo nowoczesne materiały umożliwiają tanie i bezpieczne magazynowanie wodoru w postaci sprężonej lub skroplonej.
Wzrost efektywności ogniw paliwowych
Intensywne prace badawczo-rozwojowe nad ogniwami paliwowymi przekładają się na wzrost ich sprawności zamiany energii chemicznej wodoru na elektryczną. Aktualnie osiągają one sprawność ponad 60%, a w perspektywie kilku lat może ona przekroczyć 70%.
Rozwój infrastruktury tankowania wodoru
Aby wodór mógł być powszechnie wykorzystywany w transporcie, niezbędna jest odpowiednia infrastruktura tankowania. Intensywnie rozwijane są stacje tankowania wodoru, a do 2025 roku ma ich powstać ponad 300 w samej Europie. Ułatwi to tankowanie pojazdów napędzanych ogniwami paliwowymi.
Akumulatory sodowo-siarkowe tańszą alternatywą
Choć akumulatory sodowo-siarkowe nie dorównują parametrami litowo-jonowym, to mogą stanowić konkurencyjną cenowo alternatywę w niektórych zastosowaniach magazynowania energii.
Niższe koszty produkcji i utylizacji
Akumulatory sodowo-siarkowe bazują na powszechnie dostępnych i tanim surowcach - siarcze i chlorku sodu. Dodatkowo nie zawierają metali ciężkich, przez co ich utylizacja jest tańsza i prostsza niż w przypadku baterii litowo-jonowych.
Wyższa gęstość energetyczna niż litowo-jonowe
Gęstość energetyczna akumulatorów Na-S sięga nawet 230 Wh/kg, czyli jest znacząco wyższa niż w przypadku popularnych baterii litowo-jonowych. Pozwala to na kompaktową budowę przy dużych pojemnościach.
Możliwość recyklingu elektrod
Dodatkową zaletą akumulatorów sodowo-siarkowych jest możliwość odzyskania i recyklingu elektrod po zakończeniu cyklu życia. Pozwala to na ograniczenie kosztów i wpływu na środowisko.
Magazyny energii cieplnej zyskują na znaczeniu
Magazyny energii cieplnej, choć rzadziej spotykane, mogą być atrakcyjnym rozwiązaniem dla systemów ciepłowniczych i kogeneracyjnych. Ich główne zalety to niska cena, prostota wykonania i możliwość magazynowania dużych ilości energii.
Niskie koszty, prosta budowa
Magazyny ciepła można zrealizować przy użyciu prostych i tanim materiałów, takich jak woda, głazy czy cegły. Pozwala to ograniczyć koszty inwestycji i eksploatacji.
Duża pojemność przy niewielkich rozmiarach
Dzięki zastosowaniu materiałów o dużej pojemności cieplnej możliwe jest zmagazynowanie znacznych ilości energii przy stosunkowo kompaktowych rozmiarach urządzenia.
Możliwość odzysku ciepła odpadowego
Magazyn ciepła pozwala na zagospodarowanie nadwyżek ciepła, które normalnie zostałoby zmarnowane, np. z elektrociepłowni. Umożliwia to zwiększenie ogólnej efektywności energetycznej systemu.
Superkondensatory mogą zastąpić baterie w niektórych zastosowaniach
Choć superkondensatory nie nadają się do długoterminowego magazynowania energii, to mogą być idealnym rozwiązaniem w aplikacjach wymagających szybkiego poboru dużych mocy. Dzięki ultraszybkiemu ładowaniu i rozładowaniu oraz praktycznie nieograniczonej liczbie cykli pracy mogą w wielu wypadkach z powodzeniem zastępować akumulatory.
Bardzo szybkie ładowanie i rozładowywanie
Największą zaletą superkondensatorów jest możliwość naładowania i rozładowania w ciągu kilku sekund. Dla porównania pełne naładowanie akumulatora litowo-jonowego może potrwać nawet kilka godzin.
Wysoka sprawność i żywotność
Superkondensatory cechują się sprawnością sięgającą nawet 98%. Ponadto ich żywotność szacowana jest nawet na milion cykli ładowania i rozładowania.
Odporność na ekstremalne temperatury
W przeciwieństwie do akumulatorów, superkondensatory bez problemu pracują w szerokim zakresie temperatur od -40 do +70 stopni Celsjusza. Czyni je to idealnym rozwiązaniem dla pojazdów elektrycznych.
Przyszłość należy do technologii przepływowych
Choć obecnie niszowe, to technologie przepływowe mogą w perspektywie kilkunastu lat stać się jednym z głównych nurtów magazynowania energii. Ich największą zaletą jest możliwość niemal bezlimitowej skalowalności pojemności przy zachowaniu kompaktowych rozmiarów.
Ciągła produkcja energii elektrycznej
W odróżnieniu od akumulatorów, magazyny przepływowe umożliwiają ciągłą, nieprzerwaną produkcję prądu. Nie występuje tu problem wyczerpania pojemności.
Prosta skalowalność mocy
Zwiększenie mocy i pojemności magazynu przepływowego sprowadza się do dodania kolejnych modułów, bez konieczności opracowywania zupełnie nowej konstrukcji.
Wykorzystanie odnawialnych źródeł energii
Technologie takie jak magazynowanie energii w postaci wodoru czy sprężonego powietrza idealnie nadają się do współpracy z farmami wiatrowymi i fotowoltaicznymi.
Podsumowując, rynek systemów magazynowania energii jest niezwykle zróżnicowany pod względem dostępnych technologii. Chociaż w najbliższych latach zdecydowaną dominację zachowają baterie litowo-jonowe, to perspektywiczne wydają się także magazynowanie w postaci wodoru, akumulatory Na-S oraz rozwiązania przepływowe. Wybór optymalnej technologii zależy od charakterystyki konkretnego zastosowania i wymagań odnośnie pojemności, mocy czy czasu rozładowania.
Podsumowanie
Rynek systemów magazynowania energii elektrycznej dynamicznie się rozwija, a kluczowa rola należeć będzie tu do nowoczesnych technologii. Baterie litowo-jonowe już teraz dominują ten sektor, jednak wodorowe ogniwa paliwowe oraz magazyny przepływowe mają ogromny potencjał ze względu na skalowalność i integrację z OZE. Również mniej popularne rozwiązania, jak akumulatory sodowo-siarkowe czy magazyny ciepła mogą znaleźć zastosowanie w wybranych obszarach. Aby sprostać rosnącemu zapotrzebowaniu na czystą energię elektryczną, kluczowe jest wsparcie badań i wdrożeń w zakresie innowacyjnych technologii magazynowania.
Tagi
Udostępnij artykuł
