W magazynowaniu energii, a szczególnie ciepła, eksperci widzą rozwiązanie wielu problemów energetyki. W bilansie energetycznym Unii Europejskiej ciepło pochłania bowiem 49 proc. energii pierwotnej.
Sprawa magazynowania ciepła nabiera znaczenia ze względu na rosnący udział odnawialnych źródeł energii w ciepłownictwie. Niestabilność OZE – zależność od warunków pogodowych czy pory dnia – powoduje, że warunkiem sine qua non staje się rozwój takiej technologii, która umożliwi magazynowanie ciepła, np. nadwyżek pochodzących z instalacji fotowoltaicznych czy tzw. ciepła odpadowego układów kogeneracyjnych.
– Energia to takie dobro, którego produkcja musi być równoważna ze zużyciem. Z fotowoltaiką bez magazynów energii widzę problem – zaznacza prof. Waldemar Kamrat z Politechniki Śląskiej. – Jeśli mielibyśmy magazyny, to w sytuacji dużego nasłonecznienia moglibyśmy wyprodukować energię, magazynować ją i w sytuacjach koniecznych jej używać.
Zmienne jak OZE
Potencjał OZE w ciepłownictwie rośnie wraz z rozwojem technologii magazynowania ciepła, zarówno w cyklach kilkudniowych, jak i sezonowych. Jak podkreślają eksperci Instytutu Energetyki Odnawialnej, magazyny ciepła mają olbrzymią przewagę nad magazynami energii elektrycznej, pozwalają na długoterminowe magazynowanie i są wielokrotnie tańsze.
– Kluczowym elementem, umożliwiającym szerokie wykorzystanie energii ze źródeł odnawialnych w ciepłownictwie, jest sezonowy magazyn ciepła – mówi Grzegorz Wiśniewski, prezes Instytutu Energetyki Odnawialnej. – Taki magazyn pozwala efektywnie wykorzystywać energię z tzw. pogodowo-zależnych OZE i pomaga w wyrównywaniu podaży i zapotrzebowania na ciepło w okresie letnim i zimowym.
Magazynowanie pozwala na równoważenie zapotrzebowania na energię między dniem a nocą, wykorzystanie letniego ciepła do ogrzewania zimą lub zimowego chłodu do letniej klimatyzacji (sezonowe magazynowanie energii cieplnej).
Cel: wyrównać podaż i zapotrzebowanie na ciepło
Magazynowanie energii cieplnej jest powszechne w Skandynawii. Umożliwia przechowywanie i wykorzystywanie nadmiaru energii cieplnej po godzinach, dniach i miesiącach – dla indywidualnego budynku, bloku, dzielnicy, miasta lub regionu.
Veolia magazynuje ciepło
W elektrociepłowni EC-Karolin trwa budowa akumulatora ciepła o pojemności 24 tys. metrów sześc., umożliwiającego zmagazynowanie ponad 1,2 tys. MWh energii. Uruchomienie planowane jest na sierpień 2021 roku. Nowa inwestycja pozwoli zaoszczędzić surowce potrzebne do produkcji oraz zmniejszyć emisję dwutlenku węgla o 24 tys. ton rocznie.
Magazynowanie pozwala na równoważenie zapotrzebowania na energię między dniem a nocą, wykorzystanie letniego ciepła do ogrzewania zimą lub zimowego chłodu do letniej klimatyzacji (sezonowe magazynowanie energii cieplnej).
Akumulatory ciepła
Akumulatory służą do optymalizacji pracy elektrociepłowni. Zmagazynowane nadwyżki ciepła, nieprzydatne w ciągu dnia, są wykorzystywane wieczorem i w nocy, kiedy rośnie zapotrzebowanie na ciepło lub bardziej opłaca się zasilać odbiorców ciepła wyłącznie energią zgromadzoną w akumulatorze, ewentualnie ze wspomaganiem pompą ciepła lub kotłem elektrycznym.
Praktycznie wszystkie elektrociepłownie w Danii są wyposażone w akumulatory ciepła. Największy posiada pojemność 70 tys. metrów sześc. (ok. 3,5 tys. MWh). Dla porównania – największy w Polsce akumulator w elektrociepłowni Siekierki ma pojemność 30,4 tys. m sześc., a pojemność cieplną 1,6 tys. MWh (ta energia wystarczy do ogrzania około 25 tys. mieszkań w Warszawie przez całą dobę).
W Polsce akumulatory działają też m.in. w elektrociepłowniach w Bielsku-Białej, Siedlcach, Ostrołęce czy Białymstoku. Veolia buduje duży, o pojemności ponad 24 tys. metrów sześc., zbiornik w elektrociepłowni EC-Karolin.
Sezonowe magazyny ciepła
Magazyny te są wykorzystywane do gromadzenia przede wszystkim nadwyżek energii ze źródeł odnawialnych (obecnie głównie farm słonecznych) oraz nadwyżek energii cieplnej z jednostek kogeneracji wyprodukowanej w sezonie letnim. Tak zgromadzone ciepło wykorzystywane jest w okresie jesienno-zimowym, kiedy wzrasta zapotrzebowanie na energię grzewczą. Najbardziej rozpowszechnione są akumulatory ziemne (PTES). Największy w Danii akumulator w Vojens ma pojemność ok. 203 tys. metrów sześc. Pierwszy w Polsce sezonowy magazyn ciepła (STES), o pojemności 800 m sześc., powstał na terenie Mazowieckiego Centrum Psychiatrii „Drewnica” w Ząbkach koło Warszawy w 2015 roku.
Rodzaje magazynów
Instalacje magazynów sezonowych ciepła to drogie inwestycje, koszty spadają wraz ze wzrostem pojemności magazynu. Wprowadzane są więc tam, gdzie zapotrzebowanie na energię jest odpowiednio duże, np. na osiedlach domów wielorodzinnych.
Magazyny sezonowe dzielą się na: wodne naziemne, żwirowo-wodne zagłębione w grunt, osadzone w warstwie wodonośnej czy typu „sonda ziemna”. Magazyn naziemny (TTES) to najczęściej zbiornik wykonany z żelbetu, stali nierdzewnej lub szkła wzmocnionego tworzywem sztucznym, napełniany wodą, o pojemnościach od kilku do kilku tysięcy metrów sześciennych. Zastosowanie wody do gromadzenia ciepła wymaga zastosowania właściwego uszczelnienia, odpornego na temperatury do ok. 80°C. W magazynie żwirowo-wodnym (PTES) do magazynowania ciepła wykorzystywana jest mieszanka ziemi lub żwiru z wodą. W magazynach „wodonośnych” (ATES) do gromadzenia ciepła wykorzystuje się naturalne, zamknięte, podziemne zbiorniki wodne.
