Wzrost udziału odnawialnych źródeł energii w krajowych systemach elektroenergetycznych stawia przed operatorami sieci nowe wyzwania związane z bilansowaniem produkcji i zużycia energii. Zarówno elektrownie fotowoltaiczne, jak i farmy wiatrowe produkują energię w sposób zmienny — zależny od warunków atmosferycznych, a nie od bieżącego zapotrzebowania. Systemy magazynowania energii (BESS — Battery Energy Storage Systems) pełnią rolę buforu, który łagodzi te wahania.

Rodzaje technologii akumulatorowych

W komercyjnych zastosowaniach energetycznych dominują trzy grupy technologii:

Akumulatory litowo-jonowe (Li-ion)

Najbardziej rozpowszechniona technologia zarówno w zastosowaniach domowych, jak i wielkoskalowych. Wewnątrz grupy Li-ion istotne różnice wykazują dwa typy chemii:

  • NMC (nikiel-mangan-kobalt) — wyższa gęstość energii, stosowany m.in. w pojazdach elektrycznych i magazynach do 100 kWh.
  • LFP (lit-żelazo-fosforan) — dłuższa żywotność cykliczna (ponad 3000 cykli przy głębokim rozładowaniu), wyższa stabilność termiczna, preferowany w instalacjach stacjonarnych.

Przepływowe ogniwa redoks (VRFB)

Technologia oparta na cyrkulacji elektrolitów wanadowych między dwoma zbiornikami. Charakteryzuje się praktycznie nieograniczoną żywotnością cykliczną i możliwością niezależnego skalowania mocy i pojemności. Stosowana w dużych instalacjach sieciowych od kilku do kilkuset MWh.

Inne technologie stacjonarne

Alternatywą dla akumulatorów elektrochemicznych są mechaniczne systemy magazynowania — pompowo-szczytowe (PSH) i magazyny sprężonego powietrza (CAES). W Polsce funkcjonują elektrownie szczytowo-pompowe m.in. w Żarnowcu (716 MW) i Porąbce-Żarze (500 MW), które pełnią kluczową rolę w bilansowaniu sieci.

Elektrownia Szczytowo-Pompowa Żarnowiec dysponuje mocą 716 MW i pojemnością ok. 5600 MWh. Dane techniczne dostępne w materiałach informacyjnych PSE S.A.

Funkcje BESS w systemie elektroenergetycznym

Magazyny energii realizują kilka uzupełniających się funkcji sieciowych:

  1. Regulacja częstotliwości (FCR/FFR) — szybka odpowiedź na odchylenia częstotliwości od wartości nominalnej 50 Hz; BESS reagują w ciągu milisekund, podczas gdy turbiny konwencjonalne potrzebują od kilkudziesięciu sekund do kilku minut.
  2. Rezerwa mocy (aFRR/mFRR) — uzupełnianie rezerw regulacyjnych na polecenie operatora systemu przesyłowego (PSE S.A.).
  3. Przesunięcie produkcji (energy shifting) — magazynowanie taniej energii produkowanej w godzinach niskiego zapotrzebowania i oddawanie jej w godzinach szczytu.
  4. Wsparcie sieci niskiego napięcia — lokalne magazyny przy transformatorach SN/nN łagodzą skutki zwrotnego przepływu mocy z instalacji prosumenckich.

Magazyny w instalacjach prosumenckich

Na rynku polskim dostępne są domowe systemy magazynowania energii o pojemności od 5 do ok. 20 kWh. Typowy zestaw składa się z modułów akumulatorowych (najczęściej LFP) oraz inwertera hybrydowego obsługującego jednocześnie panele PV, baterię i sieć.

Inwertery hybrydowe umożliwiają pracę w trybie wyspowym — kontynuowanie zasilania wybranych obwodów podczas przerw w dostawie energii z sieci dystrybucyjnej. Warunek konieczny to fizyczne odłączenie od sieci lub zastosowanie inwertera z certyfikowaną funkcją island-mode.

Ramy regulacyjne w Polsce

Duże magazyny energii podłączone do sieci wymagają uzyskania koncesji URE na obrót energią elektryczną oraz zgłoszenia do PSE S.A. jako jednostka wytwórcza lub usługowa. Szczegółowe wymagania techniczne określone są w Instrukcji Ruchu i Eksploatacji Sieci Przesyłowej (IRiESP), dostępnej na stronie pse.pl.

Dla magazynów przyłączonych do sieci dystrybucyjnej właściwy jest odpowiedni miejscowy OSD, który określa warunki przyłączenia analogicznie jak dla wytwórców OZE.

Perspektywy rozwoju

Polityka Energetyczna Polski do 2040 r. (PEP2040) zakłada znaczący wzrost udziału OZE w miksie energetycznym. Wzrastające zagęszczenie instalacji fotowoltaicznych w sieci dystrybucyjnej wywiera rosnącą presję na jej zdolności bilansujące, co bezpośrednio przekłada się na zapotrzebowanie na lokalne i systemowe magazyny energii.

Dane techniczne dotyczące pojemności i żywotności akumulatorów mają charakter orientacyjny i zależą od producenta oraz warunków eksploatacyjnych. Informacje o regulacjach należy weryfikować w aktualnych dokumentach URE i PSE S.A.

Źródła