Nowoczesne bezpieczeństwo energetyczne, czyli po co nam magazyny energii?

Potrzeba budowania magazynów energii wynika z rosnącego udziału źródeł odnawialnych w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym. OZE z reguły są bowiem źródłami niestabilnymi, które produkują dużą moc tylko przy korzystnych warunkach pogodowych, gdy świeci słońce lub wieje odpowiedni wiatr. To właśnie wtedy sieć jest najbardziej obciążona i występuje problem ze zużytkowaniem wytworzonej mocy. Jak zatem zmagazynować energię pozyskiwaną w okresach szczytów, tak aby korzystać z niej w czasie, gdy nie wieje i jest ciemno? Temu właśnie służyć ma koncepcja budowy magazynów energii.

Pierwszy w Polsce modułowy magazyn energii

Pierwszy modułowy w Polsce magazyn energii elektrycznej PGE Polska Grupa Energetyczna uruchomiła w grudniu 2020 r. w Rzepedzi na Podkarpaciu. Wykorzystuje on litowo-jonowe moduły Powerpack Tesla o mocy 2,1 MW pojemności 4,2 MWh. W razie awarii magazyn ten pozwala zapewnić zasilanie dla blisko 3 tys. gospodarstw domowych przez ok. 2 godziny, dzięki czemu służby eksploatacyjne PGE Dystrybucja Oddział Rzeszów mogą zmienić układ pracy sieci i przywrócić zasilanie.

Inwestycja w Rzepedzi dała początek realizacji długofalowego programu magazynowania energii Grupy PGE, zapowiedzianego w strategii Grupy PGE opublikowanej w październiku 2020 r. Do 2030 roku Grupa PGE wybuduje co najmniej 800 MW nowych magazynów energii, zwiększając możliwości przyłączania odnawialnych źródeł energii i poprawiając niezawodność zasilania. W ten sposób inwestycje z zakresu magazynowania energii przyczynią się do osiągniecia celu transformacji energetycznej. Inwestycja w Rzepedzi to pierwszy krok w tym kierunku.

Jest to też okazja do sprawdzenia praktycznych aspektów pracy bateryjnego magazynu energii w rzeczywistych warunkach eksploatacji sieci elektroenergetycznej. Projekty tego typu mogą stanowić tańszą i szybszą w realizacji alternatywę dla rozbudowy sieci, a co za tym idzie przynosić wymierne oszczędności dla segmentu dystrybucji PGE.

Inwestycja ma być rozwijana. Rozpoczęto już prace nad drugim jej etapem – budową bliźniaczego magazynu w Cisnej. Powiązanie pracy magazynów w Rzepedzi i Cisnej z Farmą Wiatrową Bukowsko oraz Elektrownią Wodną Myczkowce znacznie poprawi pewność zasilania dla całego obszaru Bieszczad oraz przesunie w czasie o 15-20 lat budowę linii 110 kV w otulinie Bieszczadzkiego Parku Narodowego oraz na obszarze Natura 2000, których budowa przy obecnych uwarunkowaniach prawnych jest praktycznie niemożliwa w związku ze sprzeciwem mieszkańców i lokalnych samorządów.

Magazyn na górze Żar

Na początku lipca 2021 r. został oddany do użytku magazyn energii na górze Żar, który został zbudowany obok należącej do PGE Energia Odnawialna farmy fotowoltaicznej. Jest to kontenerowy magazyn energii o mocy 500 kW i pojemności 750 kWh. Służy on realizacji projektu „Magazyn energii adaptujący farmę PV do pracy w inteligentnych sieciach elektroenergetycznych”, którego celem jest zweryfikowanie możliwości świadczenia usług systemowych służących stabilizacji i regulacji pracy sieci dystrybucyjnych średniego napięcia za pomocą magazynów energii opartych o ogniwa litowo-jonowe.

Magazyn składa się z dwóch kontenerów wyposażonych w układ bateryjny w technologii LFP (litowo-żelazowo-fosforanowej) oraz przekształtnik AC/DC (przekształcający prąd stały w zmienny). Całość jest zdalnie nadzorowana przez układ sterowania. Zbudowana została też stacja transformatorowa wraz z rozdzielnicą, siecią światłowodową oraz  przyłączem elektroenergetycznym. Magazyn energii zostanie włączony do sieci średniego napięcia i poddany testom pod kątem współpracy z siecią elektroenergetyczną. Umożliwi to opracowanie modelu rozliczeń z Operatorem Sieci Dystrybucyjnej (OSD).

Wielka inwestycja w Żarnowcu

PGE Polska Grupa Energetyczna planuje budowę magazynu energii elektrycznej w Żarnowcu. Będzie to jedna z największych takich jednostek na świecie. Uruchomienie jej ma nastąpić w 2025 roku. Magazyn ten będzie miał moc 205 MW i pojemność 820 MWh.

„Projekt magazynu energii elektrycznej w Żarnowcu posiada znaczny potencjał biznesowy i jest odpowiedzią na ambitne zamierzenia krajowe i unijne dotyczące obniżenia emisyjności sektora energetyki oraz dynamicznego wzrostu udziału energii odnawialnej w produkowanej energii. Zarządzanie przepływami energii w tej jednostce będzie złożonym zadaniem optymalizacyjnym, na szczycie którego mamy takie kryteria jak rentowność i bezpieczeństwo energetyczne, zjawiska pogodowe i możliwość udziału w arbitrażu cenowym z wykorzystaniem energii produkowanej w morskich farmach wiatrowych oraz lądowych farmach wiatrowych, które funkcjonują lub w niedługiej przyszłości będą funkcjonowały w tym obszarze” – mówi Sylwia Całus, Dyrektor Pionu Energetyki Morskiej i Niskoemisyjnej w PGE S.A.

Prace nad projektem postępują. Została zawarta umowa na prawo do gruntu pod inwestycję. Pozwoli to na wydanie  warunków przyłączenia magazynu do sieci przesyłowej. Grupa PGE przygotowuje się do tego od kilku miesięcy, prowadząc w tej sprawie konsultacje z Polskimi Sieciami Elektroenergetycznymi, operatorem krajowego systemu elektroenergetycznego.

Magazyn będzie się opierał na technologii litowo-jonowej. Przeprowadzone analizy wykazały, że jest ona optymalna dla tego projektu zarówno z punktu widzenia parametrów technicznych, jej żywotności, jak i zarządzania ryzykiem.

W pobliżu planowanej inwestycji PGE posiada Elektrownię Szczytowo-Pompową Żarnowiec o mocy 716 MW, która jest największą tego typu jednostką w Polsce. Warto podkreślić, że elektrownie szczytowo – pompowe także pełnią funkcje magazynów energii elektrycznej. Grupa PGE posiada 4 takie elektrownie o mocy 1.543 MW i magazynuje w nich 6.679 MWh energii elektrycznej, zdolnej do uruchomienia w ciągu kilku minut w razie wystąpienia awarii.  W zbiorniku górnym ESP Żarnowiec – o powierzchni 135 ha i pojemności blisko 14 mln m3 zgromadzona jest woda, która pozwala na wyprodukowanie 3,6 GWh energii, co już dziś czyni z ESP Żarnowiec największy magazyn energii w kraju. Po wybudowaniu nowego magazynu PGE rozważa hybrydyzację obu jednostek, dzięki czemu ich łączna pojemność wzrośnie do 4,4 GWh, co jeszcze zwiększy elastyczność i możliwości reagowania na awarie.

Przeciwko awariom i dla dobra środowiska

Jak wspomnieliśmy, magazyny energii służą poprawie bezpieczeństwa energetycznego i minimalizują straty spowodowane awariami. Możliwości ESP Żarnowiec zostały wykorzystane do zbilansowania systemu elektroenergetycznego po awarii rozdzielni w Rogowcu, która doprowadziła do wyłączenia 10 bloków o mocy 3,6 GW w Elektrowni Bełchatów, największej elektrowni w Polsce, zapewniającej ok. 20 proc. krajowego zapotrzebowania na energię.

Awaria w Rogowcu została opanowana dzięki masom wirującym w KSE oraz znacznemu importowi energii z krajów sąsiadujących. W przyszłości posiadanie bateryjnych magazynów energii pozwoli na błyskawiczne reagowanie na awarie. Tradycyjne źródła elastyczności sieci wymagają co najmniej kilku minut, tymczasem magazyny bateryjne zapewnią nam reakcję na zmiany w systemie elektroenergetycznym w czasie poniżej 1 sekundy. Pozwoli to na bieżąco reagować zarówno na zmiany w generacji źródeł odnawialnych, jak i na stany awaryjne. Dzięki temu bateryjne magazyny energii podniosą bezpieczeństwo pracy systemu, obniżą emisję CO2 oraz odciążą masy wirujące z krótkotrwałych rozruchów.

Magazyny energii mogą też pomóc w ograniczeniu rozbudowy linii energetycznych. Chodzi przede wszystkim o obszary leśnie i wokół jezior, gdzie konstrukcje słupów wysokiego napięcia nie są chętnie akceptowane. Przykładem jest magazyn energii w Rzepedzi, którego uruchomienie umożliwiło odroczenie w czasie budowy 44 km linii wysokiego napięcia w otulinie Bieszczadzkiego Parku Krajobrazowego na wiele lat. Poza oszczędnością Grupa PGE zmniejsza w ten sposób oddziaływanie na środowisko i poprawia komfort lokalnych odbiorców energii.