Koszty magazynowania energii muszą spaść

Energia słoneczna czy wiatrowa raz jest, raz jej nie ma. Magazyny energii pozwalałyby przechowywanie nadmiaru energii i uwalnianie jej w miarę zapotrzebowania rynku. Sprawiłoby to, że  system byłby bardziej stabilny.

OZE mają, według prognoz, stanowić dwie trzecie globalnych mocy wytwórczych  w 2040 roku, a w 2050 r. - połowę. Jednak bez postępu w technologiach magazynowania energii będzie to trudne do osiągnięcia.

Największe magazyny bateryjne, o pojemności ok. 180 MW, zbudowała w Australii firma Tesla. Kolejne, nieco mniejsze, powstają w USA i w Europie. Nowe projekty zakładają otwarcie magazynów o większej niż 180 MW pojemności.

Według ekspertów, największy potencjał związany z magazynowaniem energii na dużą skalę mają, na chwilę obecną, magazyny bateryjne litowo-jonowe. Szacują oni jednak, że magazynowanie na pełną skalę będzie możliwe dopiero za kilkanaście lat.

W używanych dziś bateriach anodą jest lit w różnych postaciach, a katodą tlenki rożnych metali. Obecnie poszukiwane są nowe rozwiązania i materiały, które pozwoliłyby zastąpić trudno dostępny lit. Pierwiastek ten jest obecnie jednym z najbardziej pożądanych. Wykorzystuje się go, poza bateriami, w przemyśle szklarskim, elektronicznym, a także do produkcji tworzyw sztucznych. Istotna część światowych zasobów litu znajduje się w Ameryce Południowej, ale też m.in. w Australii.

Branża czeka na rewolucję technologiczną i zastosowanie bardziej standardowych materiałów, być może krzemu. Ograniczona dostępność niektórych pierwiastków stosowanych obecnie może być barierą w szybkim rozwoju dzisiejszych technologii.

Jak podaje Międzynarodowa Agencja Energetyczna (IEA), gdyby koszty systemów magazynowania energii spadły poniżej jednej trzeciej dzisiejszego poziomu, inwestycje w OZE ruszyłyby z kopyta, zwłaszcza w Indiach, trzecim co do wielkości emitencie gazów cieplarnianych. Połączenie fotowoltaiki z niedrogimi i jednocześnie wysokosprawnymi bateriami mogłoby zrewolucjonizować tamtejszy rynek, ale i wiele innych, stając się realną konkurencją dla węgla.

Dziś sięga się również do bardziej tradycyjnych metod, by przechować energię. Przykładowo firma Hydrostor Inc z Toronto przy pomocy energii z sieci spręża powietrze, które pompuje pod ziemią. Jest ono utrzymywane w stanie sprężonym dzięki kolumnie wody. Zmniejszenie ciśnienia powoduje dekompresję i uwalnianie się energii, która napędza znajdujące się na powierzchni turbiny.

Podobny patent opracowuje inna firma, Gravity Power. Magazynuje ona energię poprzez sprężanie wody za pomocą ciężkiego, ponad ośmiotonowego tłoka. Pompa wypycha płyn pod tłok, aby go podnieść. Zwolnienie ciśnienia uwalnia energię, która również napędza turbinę.

Z kolei Gravicity Ltd pracuje nad zastosowaniem innego mechanizmu. Przy użyciu energii ze źródeł odnawialnych miałby zostać podniesiony ładunek o wadze nawet 3 tys. ton. Energia uwalniałaby się, gdy zostałby spuszczony. W podobny sposób działa szwajcarska firma Energy Vault. W tym przypadku receptą jest użycie zrobotyzowanego dźwigu do układania tysięcy 38-tonowych bloków, które stworzą wysoką wieżę. Waga bloków będzie napędzać generatory, gdy będą one zrzucane w dół.

Natomiast Highview z Londynu wykorzystuje proces skraplania powietrza. Po skropleniu jego objętość się zmniejsza. Z kolei podwyższenie ciśnienia i dostarczenie ciepła powoduje odparowanie i rozprężenie w turbinach gazowych, w efekcie czego wygenerowana zostaje energia elektryczna. 

Baterie są niezbędne w przypadku samochodów elektrycznych. Do niedawna baterie litowo-jonowe były wytwarzane głównie na potrzeby elektroniki użytkowej. Tymczasem, jak prognozuje ośrodek Bloomberg New Energy Finance, za dziesięć lat 90 proc. produkcji będzie trafiać do e-aut.

Akumulator - bateria - to nic innego jak magazyn energii stosowany do napędzania samochodów elektrycznych. Składa się z połączonych ze sobą ogniw. Baterie stanowią nawet ok. 30 proc. kosztów produkcji samochodu. Ich żywotność wynosi 5-10 lat. Większość producentów daje gwarancje na akumulatory na okres 8 lat.

Bateria samochodowa, jak każda inna, choćby w telefonie czy laptopie, w trakcie użytkowania traci część swojej pojemności. Właśnie to, jak również ograniczony zasięg pojazdu napędzanego elektrycznie, są największymi wyzwaniami dla rynku.

Rozwój elektromobilności i tak dużo już zmienił. Koszty baterii spadły w ciągu ostatnich dziesięciu lat aż o 80 proc. Według badań McKinsey & Company, zmalały do ok. 227 dol. za kWh z 1000 dol. w 2010 roku, a według prognoz mają spaść do poniżej 100 dol. za kWh. Analitycy szacują, że w 2030 roku cena wyniesie 73 dol. za kWh.

Zakłada się, że globalna produkcja akumulatorów wzrośnie do 2040 roku dwudziestokrotnie. Rozwój tego rynku napędzać będzie coraz większa sprzedaż pojazdów elektrycznych. Według raportu World Energy Outlook 2019, liczba aut elektrycznych wzrośnie z 5 milionów w 2018 roku do 330 milionów w roku 2040. Tak dynamiczny skok musi pociągać za sobą rozwój technologii. Badania trwają cały czas - w wyścigu biorą udział najwięksi światowi gracze, którzy - miejmy nadzieję - już wkrótce zmienią obraz rynku.

Monika Borkowska