Magazynowanie energii: Samochody elektryczne są ważne, ale potrzebujemy znacznie więcej

9 minute read

Zaktualizowano Sat Apr 03 2021

Zamiana wszystkich urządzeń na elektryczne

Co mają wspólnego telefony, lodówki i telewizory? Używają energii w formie elektryczności.

Ale niektóre rzeczy używają bezpośrednio paliw kopalnych, takich jak ropa naftowa i gaz, bez uprzedniego przekształcania ich w energię elektryczną. Jak myślisz, które dwie rzeczy zużywają najwięcej ropy naftowej lub gazu?


Dlaczego chcemy, żeby (prawie) wszystko było elektryczne? Dlatego że czyste reaktory jądrowe, panele słoneczne i turbiny wiatrowe produkują energię elektryczną. Żeby używać tej czystej energii elektrycznej, musimy być w stanie zasilać transport i ogrzewanie elektrycznością, a nie ropą czy gazem.

Przekształcanie energii elektrycznej w ciepło działa dobrze, więc jeśli damy radę wyprodukować wystarczająco dużo taniej, czystej energii, elektryfikacja ogrzewania będzie względnie łatwa.

A co z transportem? Elektryczne samochody z bateriami już stają się cenowo przystępne, a elektryczne ciężarówki też mogą wkrótce stać się opłacalne. To odpowiada za 71% źródeł emisji z transportu.

Udział emisji pochodzących z transportu

Usprawnienie działania, żywotności i kosztów akumulatorów jest podstawą dla przejścia na transport elektryczny. Mimo to zasilane akumulatorami samoloty i statki prawdopodobnie nie staną się powszechne ze względu na wagę potrzebnych akumulatorów.

Akumulator vs paliwo do silnika odrzutowego

Możesz dowiedzieć się więcej na temat technologii akumulatorów, która za tym wszystkim stoi, w „Zaawansowanym” wariancie tego kursu.

Czy magazynowanie energii może umożliwić wykorzystanie energii słonecznej i wiatrowej?

Przechowywanie energii to trudne zadanie. Jest tak trudne, że nasze sieci energetyczne są projektowane w taki sposób, aby energia elektryczna była zużywana od razu po wytworzeniu. Pomyślmy więc: kiedy ktoś włącza lampę, jakaś elektrownia musi natychmiast nieznacznie zwiększyć swoją produkcję.

Stwarza to trzy główne problemy w kwestii czasu i sposobu przechowywania energii. Przyjrzymy się im po kolei.

Magazynowanie 1. stopnia: od sekund do minut

Zapotrzebowanie na energię elektryczną w Kalifornii 7 maja 2020 r.

Niewielkie wahania w zapotrzebowaniu i zaopatrzeniu na przestrzeni minut i sekund są często trudne do przewidzenia. Możemy magazynować wystarczająco dużo energii, żeby poradzić sobie z tymi małymi tąpnięciami, przy użyciu różnych rodzajów akumulatorów. Większe problemy pojawiają się, kiedy musimy magazynować energię przez wiele godzin, dni albo miesięcy...

Magazynowanie 2. stopnia: od godzin do dni

Dlaczego potrzebujemy magazynowania przez wiele godzin

Panele słoneczne produkują większość energii elektrycznej w ciągu dnia, ale gospodarstwa domowe potrzebują jej najwięcej wieczorem. Magazynowanie 2. stopnia pomogłoby nam przechowywać energię elektryczną wytworzoną w południe (kiedy świecie słońce) na użytek wieczorny.

Istnieje wiele technologii, które moglibyśmy wykorzystać do rozwiązania tych problemów. Niektóre popularne pomysły są wymienione poniżej. (Pamiętaj, że ładowanie oznacza dodawanie energii, a rozładowywanie jej zabieranie)

  • Elektrownia szczytowo-pompowa: Załadowanie przez pompowanie wody pod górę. Magazynowanie w zbiorniku. Rozładowanie przez spływającą wodę, która obraca turbiną.
  • Akumulatory przepływowe: Działają jak normalne akumulatory, ale są wykonane z płynu, a nie materiałów stałych.
  • Magazynowanie termiczne: Duża lodówka. Ładowanie poprzez używanie energii, żeby ocieplić jedną substancję, a schłodzić inną. Rozładowanie poprzez używanie różnicy temperatury do obracania turbiną.
  • Skompresowane powietrze: Ładowanie przez wciskanie powietrza do dziury w ziemi. Rozładowanie przez wypuszczenie powietrza, żeby obracało turbiną.

Elektrownie szczytowo-pompowe są teraz najpowszechniejszą metodą magazynowania energii, ale niestety wchodzą w grę tylko na dużych obszarach górzystych. Inne istniejące obecnie technologie są niestety zbyt kosztowne lub technologicznie nieodpowiednie dla tego typu magazynowania. Eksperci twierdzą na przykład, że akumulatory takie jak te używane w elektrycznych samochodach są 15-25 razy za drogie, żeby stosować je w sieciach energetycznych pozwalających na magazynowanie 2. stopnia.

Na szczęście potencjał na poprawę istnieje, bo przeprowadzane są nowe badania, a rynek magazynowania energii rośnie. Bardziej szczegółową analizę technologii magazynowania znajdziesz w „Zaawansowanej” wersji tego kursu.

Magazynowanie 3. stopnia: od tygodni do miesięcy

Zamiast magazynować energię do wykorzystania o innej porze dnia, magazynowanie 3. stopnia zakłada przechowywanie energii do użycia o innej porze roku. Jest to szczególnie ważne dla krajów położonych dalej od równika, ponieważ tam różnica między porami roku jest większa:

Zapotrzebowanie na sezonowe magazynowanie zależy od miejsca, w którym się znajdujemy

Obecnie nie mamy skalowalnego ani praktycznego rozwiązania dla tego problemu.

Czy możemy uniknąć potrzeby magazynowania 2. i 3. stopnia? Porozmawiajmy o zaletach i wadach energii jądrowej oraz o tym, jak może nam w tym pomóc.

Następny rozdział