|
Inne pomysły z zakresu zarządzania popytem i magazynowania16 lipca 2011
Istnieje kilka innych możliwości zarządzania popytem oraz gromadzenia energii. Pomysł, żeby tempo produkcji dóbr dostosować do mocy generowanej z odnawialnych źródeł, nie jest nowy. Wiele fabryk aluminium usytuowano blisko elektrowni wodnych. Im więcej deszczu, tym większa produkcja aluminium. Jeżeli prąd służy do produkcji dóbr, które da się zmagazynować, można myśleć o inteligentnym włączaniu i wyłączaniu zapotrzebowania na energię. Na przykład systemy odwróconej osmozy (które odsalają wodę morską – patrz str. 99) konsumują w wielu krajach duże ilości energii (aczkolwiek nie w Wielkiej Brytanii). Innym produktem, który da się magazynować, jest ciepło. Jeżeli zelektryfikujemy systemy ogrzewania i klimatyzację w budynkach, jak sugerowano w Rozdziale 21. (a szczególnie podgrzewanie wody i ogrzewanie pomieszczeń), podłączamy do sieci wiele prądożernych urządzeń z wygodnym pstryczkiem. Dobrze ocieplone budynki trzymają ciepło przez wiele godzin, można więc je grzać w dogodnym momencie. Co więcej, w budynkach można by umieścić wielkie zbiorniki termiczne i wprowadzać lub też wyprowadzać z nich ciepło za pomocą pomp ciepła w okresie nadwyżek prądu. Następnie za pomocą drugiego zestawu pomp ciepło lub chłód byłyby dostarczane do miejsc, które trzeba ogrzać lub ochłodzić. Automatyczna kontrola zapotrzebowania na prąd to pestka. Najprostszym sposobem byłoby projektowanie urządzeń takich, jak lodówki i zamrażarki, które wsłuchują się w częstotliwości sieci elektrycznej. Kiedy w sieci brakuje mocy, częstotliwość spada poniżej standardowych 50 Hz, przy nadmiarze mocy częstotliwość wzrasta powyżej 50 Hz (to tak jak z dynamem w rowerze – kiedy włączasz światło, musisz mocniej naciskać pedał, by dostarczyć dodatkowej mocy, jeżeli tego nie zrobisz, rower zwolni). Lodówki można tak zaprojektować, by regulowały swój wewnętrzny termostat nieco w górę lub nieco w dół, w odpowiedzi na zmiany w częstotliwości w sieci. W ten sposób mogą pobierać prąd wtedy, kiedy pomaga to sieci, nigdy jednak kosztem temperatury Twojego masła. Czy zarządzanie popytem może stanowić istotny wkład w nasz wirtualny magazyn energii? Jak dużo prądu wysysają wszystkie nasze lodówki? Przeciętna lodówka pobiera około 18 W. Załóżmy, że w Wielkiej Brytanii jest ich 30 mln. Gdybyśmy wyłączyli na kilka minut wszystkie nasze lodówki, mielibyśmy 0,54 GW mocy, którą da się automatycznie regulować. To całkiem dużo – ponad 1% krajowego zużycia i mniej więcej tyle, ile wynoszą nagłe skoki poboru mocy, kiedy wszyscy włączają czajniki elektryczne, zjednoczeni doświadczeniem religijnym, jakim jest kolejny odcinek tasiemca EastEnders. Takie „zwyżki telewizyjne” przekładają się zazwyczaj na skoki popytu rzędu 0,6–0,8 GW. Automatyczne wyłączenie wszystkich lodówek niemalże skompensowałoby te dzienne skoki, związane z masowym nastawianiem czajników. Inteligentne lodówki pomogłyby również rozprasować krótkotrwałe fluktuacje energii wiatrowej. Zwyżki telewizyjne związane z najświętszymi wydarzeniami (np. mecz Wielka Brytania – Szwecja) mogą przekładać się na skoki zapotrzebowania o ponad 2 GW. W takich momentach popyt i podaż bilansuje się poprzez uruchomienie pełnej mocy Dinorwig. By ułatwić pracę energetykom, nieodmiennie równoważącym popyt i podaż poprzez zmniejszanie i zwiększanie produkcji w elektrowniach, wielu przemysłowych odbiorców energii funkcjonuje w ramach kontraktów, które pozwalają energetykom na odłączenie dostaw prądu z niewielkim wyprzedzeniem. W RPA (gdzie niedobory energii elektrycznej są nader częste) w setkach tysięcy domów zainstalowano sterowane radiowo systemy zarządzania popytem, kontrolujące klimatyzację i bojlery elektryczne. Rozwiązanie duńskieA oto, jak Dania radzi sobie z niestabilnością produkcji energii z wiatru. Duńczycy de facto płacą sąsiadom za możliwość magazynowania energii w ich elektrowniach wodnych. Niemalże cała duńska energia z wiatru jest eksportowana do innych europejskich krajów. Niektóre z nich mają elektrownie wodne, które mogą wyłączać w celu zbilansowania energii. Zaoszczędzoną energię z wody odsprzedają Duńczykom (po wyższej cenie) podczas kolejnego okresu flauty i wysokiego zapotrzebowania. Razem wziąwszy, duński wiatr dostarcza dużo energii, a system jako całość zyskuje stabilność dzięki możliwościom energetyki wodnej. Czy rozwiązanie duńskie przyjęłoby się w Wielkiej Brytanii? Potrzebowalibyśmy bezpośrednich połączeń o dużej zdolności przesyłowej do krajów dysponujących dużą liczbą elektrowni wodnych z pstryczkiem. Lub też dużego połączenia z ogólnoeuropejską siecią elektroenergetyczną. Norwegia ma 27,5 GW mocy zainstalowanej w energetyce wodnej, Szwecja – około 16 GW, Islandia – 1,8 GW. W 2003 roku rozważano budowę interkonektora wysokiego napięcia prądu stałego do Szwecji, o zdolności przesyłowej 1,2 GW. Pomysł zarzucono. W 2010 roku zostanie zbudowane połączenie z Holandią – interkonektor BritNed, o zdolności przesyłowej 1 GW. Dania dysponuje 3,1 GW mocy zainstalowanej w energetyce wiatrowej, połączeniem z Norwegią o zdolności przesyłowej 1 GW, połączeniem ze Szwecją o zdolności przesyłowej 0,6 GW i 1,2 GW z Niemcami. Daje to całkowitą zdolność eksportową 2,8 GW, zbliżoną do mocy zainstalowanej w wietrze. By eksportować całą nadwyżkę prądu z wiatru na duńską modłę, Wielka Brytania (przy założeniu mocy zainstalowanej w wietrze 33 GW) potrzebowałaby połączeń o zdolności przesyłowej 10 GW do Norwegii, 8 GW do Szwecji i 1 GW na Islandię. Pamiętajmy jednak, że lawinowe inwestowanie w energetykę wiatrową w regionie wyczerpie możliwości magazynowania energii w wodach skandynawskich gór i fiordów. Konkurowanie o moce magazynujące podniesie zyski elektrowni wodnych Norwegii i Szwecji, nie rozwiąże jednak dylematu, co zrobić z nadprodukcją energii z coraz powszechniejszych europejskich farm wiatrowych. To może dwie sieci?Radykalnym rozwiązaniem byłoby wydzielenie dla energetyki wiatrowej i innych niestabilnych źródeł energii drugiej sieci, która zasilałaby te systemy, które nie potrzebują stabilnej podaży prądu, takich jak ogrzewanie i ładowanie akumulatorów pojazdów elektrycznych. Od roku 1982, czyli od ponad 25 lat szkocka wyspa Fair Isle (70 mieszkańców, powierzchnia 5,6 km2) ma dwie sieci energetyczne, które przesyłają energię z dwóch turbin wiatrowych i, w razie konieczności, z generatora zasilanego dieslem. Prąd dostarczany jest przez jedną z sieci, a tylko w przypadku ogrzewania elektrycznego – przez drugi zestaw kabli. Głównym źródłem ogrzewania elektrycznego jest nadwyżka prądu z turbin wiatrowych, z którą i tak nic nie da się zrobić. Zdalnie sterowane przekaźniki z możliwością programowania reagujące na zmiany częstotliwości kontrolują każdy bojler i piec akumulacyjny w budynkach. Częstotliwość sieci informuje bojlery, kiedy powinny się włączyć. W rzeczywistości, na jedno gospodarstwo domowe przypada nawet 6 kanałów częstotliwości, czyli system emuluje siedem sieci. Na Fair Isle z sukcesem wypróbowano system kinetycznego magazynowania energii (koło zamachowe) do gromadzenia energii, dla 20-sekundowych fluktuacji siły wiatru. Pojazdy elektryczne w roli generatorów prąduGdyby w okresach niedoboru prądu akumulatory 30 milionów samochodów elektrycznych działały na odwrót, zwracając prąd do sieci, wówczas przy 2 kW na samochód mielibyśmy potencjalne źródło energii o mocy 60 GW – zbliżonej do mocy zainstalowanej we wszystkich elektrowniach w kraju. Gdyby tylko 1/3 tych samochodów była podłączona jednocześnie, wciąż dawałoby to potencjał rzędu 20 GW mocy. Gdyby każdy z tych samochodów w wypadku kryzysu zwrócił do sieci 2 kWh energii (co odpowiada może 20% pojemności akumulatora), wówczas całkowita energia dostarczona przez flotę samochodową wyniosłaby 20 GWh. To dwa razy więcej niż oferuje elektrownia szczytowo- -pompowa Dinorwig. Inne technologie magazynowania energii
Jest cały wachlarz sposobów gromadzenia energii i wiele kryteriów ich oceny. Koła zamachoweFot. 26.15. pokazuje monstrualne koło zamachowe, dostarczające szybkich porcji mocy do 0,4 GW, zasilające pewną eksperymentalną instalację. Koło waży 800 t. Wirując z prędkością 225 obrotów na minutę, może zgromadzić 1000 kWh, a jego gęstość energetyczna wynosi około 1 Wh na kg.
Paliwo wartość kaloryczna
(kWh/kg) (MJ/l)
------------------------------------------------
propan 13,8 25,4
benzyna 13,0 34,7
olej napędowy (diesel) 12,7 37,9
kerozyna (nafta lotnicza) 12,8 37
olej opałowy 12,8 37,3
etanol 8,2 23,4
metanol 5,5 18,0
bioetanol 21,6
węgiel 8,0
drewno opałowe 4,4
wodór 39,0
gaz ziemny 14,85 0,04
----------------------------------------------
typ baterii gęstość energetyczna żywotność
(Wh/kg) (cykle)
---------------------------------------------------------------------------
niklowo-kadmowa 45 – 80 1500
niklowo-metalowo-wodorowa(NiMH) 60 – 120 300 – 500
ołowiowo-kwasowa 30 – 50 200 – 300
litowo-jonowa 110 – 160 300 – 500
polimerowa litowo-jonowa 100 – 130 300 – 500
ładowana alkaliczna 80 50
System akumulowania energii w samochodzie rajdowym, oparty na kole zamachowym, może zgromadzić 400 kJ (0,1 kWh) energii, a waży 24 kg (str. 126). Daje to gęstość energetyczą rzędu 4,6 Wh na kg. Wysokoobrotowe koła zamachowe z kompozytu mają gęstość energetyczną do 100 Wh/kg. SuperkondensatorySuperkondensatorów używa się do gromadzenia niewielkich ilości energii elektrycznej (do 1 kWh), tam gdzie konieczne jest wiele cykli działania, a ładowanie musi być sprawne i szybkie. Superkondensatory sprawdzają się lepiej niż akumulatory na przykład w hamowaniu odzyskowym w pojazdach, które często stają i ruszają. Można kupić superkondensatory o gęstości energetycznej 6 Wh/kg. Amerykańska firma EEStor twierdzi, że potrafi produkować znacznie lepsze kondensatory, przy użyciu tytanianu baru, o gęstości energetycznej 280 Wh/kg.
Wanadowe akumulatory przepływowe
|
