Akumulatory wytworzone w nowej technologii magazynują energię ze źródeł odnawialnych, zapewniając Europie niezależność energetyczną
Jednym z głównych wyzwań, którym muszą stawiać czoła prosumenci energetyczni – osoby i grupy jednocześnie zużywające i wytwarzające energię ze źródeł odnawialnych – jest nieregularny i nierównomierny charakter jej wytwarzania, uzależniony od siły wiatru oraz nasłonecznienia. Rozwiązaniem jest połączenie instalacji wytwarzających energię z akumulatorami, jednak produkcja tych ostatnich opiera się w dużym stopniu na licie i kobalcie – materiałach, które importujemy z Azji. Uczestnicy finansowanego przez Unię Europejską projektu EnergyKeeper zaprojektowali, zbudowali oraz przeprowadzili testy nowatorskiego, skalowalnego, zrównoważonego i dostępnego w konkurencyjnej cenie akumulatora przepływowego, opartego na organicznych materiałach aktywnych redoks. „Rozwinęliśmy technologię akumulatorów przepływowych redoks (RFB) wykorzystujących organiczne elektrolity, przekształcając eksperyment laboratoryjny w prototypowe rozwiązanie”, mówi koordynator projektu Virginijus Radziukynas. Członkowie konsorcjum projektu zaprojektowali, zbudowali oraz zaprezentowali akumulator przepływowy o mocy 30 kW, do którego budowy nie zostały wykorzystane metale, oferujący możliwość magazynowania 100 kWh energii w rzeczywistych warunkach. „Interoperacyjny układ sterujący akumulatorem umożliwił bezproblemowe podłączenie naszego rozwiązania do inteligentnej sieci energetycznej. Nowo opracowany system sterowania inteligentną siecią, obejmujący zaawansowane urządzenia pomiarowe, pozwolił na niezawodne współdziałanie odnawialnych źródeł energii, akumulatora przepływowego, ładowarek pojazdów elektrycznych i odbiorników o zmiennej mocy”, dodaje Tobias Janoschka, kierownik techniczny projektu. Ponadto w ramach przeprowadzonych prac uczestnicy projektu EnergyKeeper opracowali szereg modeli biznesowych dla konsumentów oraz prosumentów wykorzystujących nowe akumulatory przepływowe. „Logika biznesowa, na której opierały się te modele, została przetransponowana na logikę operacyjną w ramach sieci energetycznych, a następnie zweryfikowana w ramach testów. Nasz zespół opracował także szereg zaleceń dotyczących europejskiej polityki energetycznej, uwzględniających rozwiązania opracowane w ramach projektu”, dodaje Radziukynas.
Rozwój nowych materiałów
Partnerzy skupieni wokół projektu zaprezentowali pierwszy na świecie przykład wykorzystania bezmetalowych akumulatorów przepływowych w inteligentnej sieci energetycznej w placówce badawczej ACRRES w holenderskim Lelystad. Przeprowadzone testy prototypowego akumulatora w docelowych rozmiarach wykazały, że technologia bezmetalowych akumulatorów przepływowych jest już dojrzała i gotowa do wykorzystania w ramach realizacji nowoczesnych projektów infrastruktur energetycznych. Opracowana architektura inteligentnej sieci, a także wykorzystywanych w jej ramach systemów komunikacji, monitorowania i sterowania zapewniły optymalne współdziałanie lokalnego sterownika sieci oraz układu sterującego akumulatorem. „Technologia, na której opiera się nasz akumulator, została rozwinięta w stopniu niemal umożliwiającym jej komercjalizację. To skalowalne, zrównoważone i konkurencyjne cenowo rozwiązanie umożliwiające magazynowanie energii”, zauważa Olaf Conrad, kierownik ds. eksploatacji projektu. W ramach przeprowadzonych badań zespół naukowców wykorzystał sprzężony elektrochemiczny model obliczeniowej dynamiki płynów, dzięki któremu uzyskał możliwość przewidywania charakterystyki akumulatora przepływowego w formie funkcji właściwości materiału aktywnego, przepływu elektrolitu i gęstości prądu elektrycznego. Jak uważa Janoschka: „Dzięki naszemu modelowi udało nam się wykazać, że przepływ był równomierny na prawie całej długości badanych elektrod, natomiast podział przepływu w poszczególnych ogniwach również pozostawał stosunkowo równomierny. Opracowaliśmy również nowe organiczne materiały aktywne, które pozwolą na zastąpienie metali wykorzystywanych dotychczas w akumulatorach”.
Odpowiedź Europy
Wykorzystanie bezmetalowych akumulatorów przepływowych redoks oraz możliwość ich włączenia do inteligentnych sieci energetycznych utoruje drogę do uprzemysłowienia tej innowacyjnej technologii, dzięki czemu Europa zmniejszy swoją zależność od akumulatorów opartych na azjatyckich metalach – kobalcie i licie. Stanie się tak dlatego, ponieważ wszystkie elementy nowatorskiego akumulatora, w tym materiały aktywne, mogą być wytwarzane w Europie. Fakt ten będzie miał istotny pozytywny wpływ na cały łańcuch wartości produkcji i wytwarzania energii elektrycznej. Nowy akumulator jest idealnym rozwiązaniem dla społeczności, które chcą wykorzystywać wytwarzaną i zużywaną przez siebie energię oraz realizować modele biznesowe związane z wytwarzaną energią. „Skalowalne akumulatory przepływowe podłączone do sieci niskiego i średniego napięcia pozwolą na zwiększenie elastyczności, a także możliwości sterowania sieciami oraz magazynowania energii, co przyniesie korzyści zarówno operatorom sieci, jak i zakładom energetycznym”, zauważa Radziukynas. Uczestnicy projektu przewidują, że w perspektywie średnioterminowej na rynku pojawią się społeczności magazynujące energię dzięki bezmetalowym, organicznym akumulatorom przepływowym redoks. „Dzięki połączeniu obciążeń (ładowanie akumulatora) oraz wytwarzania energii (rozładowywanie akumulatora) społeczności będą miały możliwość wejścia na hurtowe i bilansowe rynki energii, a także na rynki usług pomocniczych, w tym transgranicznych. Co więcej, będą mogły także handlować energią pomiędzy sobą na zasadach peer-to-peer”, podsumowuje Radziukynas.
Słowa kluczowe
EnergyKeeper, inteligentne sieci, energia odnawialna, lit, kobalt, układ sterujący akumulatorem, akumulator przepływowy redoks
