Mobilne magazyny energii – na czym polega to rozwiązanie?

Krótko o historii baterii i akumulatorów

Przyjmuje się, że pierwsze próby wykorzystywania prymitywnych ogniw elektrycznych mogły mieć miejsce już w III w. p.n.e. Oznacza to, że na długo przed wynalezieniem elektryczności w dzisiejszym rozumieniu, nasi przodkowie zaobserwowali i wdrożyli na własne potrzeby zasadę działania baterii w jej pierwotnej formie. Fakt ten odkryto podczas prowadzenia prac archeologicznych pod Bagdadem. Za wynalazcę i konstruktora pierwszego ogniwa bateryjnego uznawany jest natomiast Alessandro Volta, który w 1800 roku połączył ze sobą krążki cynkowe i miedziane, a następnie oddzielił je fragmentami papieru (lub filcu) nasączonymi roztworem soli lub kwasem. 59 lat później Gaston Plante dokonał kolejnego milowego kroku i skonstruował ogniwo z możliwością ponownego ładowania. Kolejne dziesięciolecia to między innymi Waldemar Junger i jego akumulator niklowo-kadmowy oraz Thomas Edison, który skonstruował baterię niklowo-alkaliczną, niklowo-żelazową i zapoczątkował prace nad baterią cynkowo-niklową.

Połowa XX wieku przyniosła kolejne wynalazki w obszarze technologii bateryjnych. Powstały między innymi ogniwa rtęciowe, litowe, niklowo-kadmowe oraz manganowe. Lata 80. i 90. wspomnianego stulecia to natomiast opracowanie akumulatorów litowo-jonowych, cynkowo-powietrznych, alkalicznych oraz baterii niklowo-wodorowych. Wszystkie te badania i odkrycia położyły podwaliny pod możliwość bezprzewodowego zaopatrywania odbiorników w energię elektryczną nadając im jednocześnie cechę mobilności. Obecnie nadal trwa “wyścig” w branży akumulatorów, wdrażane są ulepszenia w zakresie minimalizowania wykorzystania metali ciężkich i negatywnego wpływu produkcji i utylizacji urządzeń na środowisko. Niezwykle ważnym w kontekście użytkowania akumulatorów jest także fakt, że rozwój technologii zmierza wciąż do zwiększenia wydajności, sprawności i żywotności tych urządzeń. Oznacza to, że zarówno stacjonarne, jak i mobilne magazyny energii będą mogły służyć swoim użytkownikom dłużej i bardziej efektywnie.

Samochody elektryczne jako mobilne magazyny energii? Jak najbardziej!

Słowo “mobilny” według słownika języka polskiego oznacza “taki, który łatwo daje się wprowadzić w ruch”. Definicję tę niezaprzeczalnie wyczerpują wszelkie wynalezione dotąd pojazdy, a zatem naturalnym skojarzeniem z mobilnym magazynem energii będą samochody elektryczne wyposażone w bateryjne źródło napędu. Co więcej, rozwój elektromobilności może być doskonałym wsparciem dla “misji”, jaką przypisuje się magazynom energii, a więc usprawnienie, uelastycznienie i odciążenie infrastruktury polskich sieci elektroenergetycznych. Baterie samochodowe mogą doskonale spełniać rolę magazynów energii, co coraz częściej zauważają konstruktorzy takich urządzeń wykorzystujących zużyte akumulatory samochodowe. Okazuje się jednak, że realne korzyści dla systemu można odnieść przede wszystkim za pomocą pojazdów wyposażonych w baterie umożliwiające dwukierunkowy przepływ energii.

V2G (Vehicle to Grid), czyli pojazdy elektryczne w sieci elektroenergetycznej

Pojęciem, które uzupełnia obecnie zjawisko mobilności w przechowywaniu energii, jest koncepcja rozproszonych magazynów energii współpracujących w ramach sieci elektroenergetycznej. Niezwykle obiecującym projektem w tym obszarze jest rozwój technologii Vehicle to Grid (V2G). Ma ona być odpowiedzią na rosnące zainteresowanie i popularyzację elektromobilności, co generuje jednocześnie nowe wyzwania dla obciążonych już sieci elektroenergetycznych. Polskie Stowarzyszenie Paliw Alternatywnych (PSPA) we współpracy z Ambasadą Brytyjską w Warszawie zdecydowało się na przeprowadzenie analiz i stworzenie na ich podstawie raportu prezentującego zestawienie korzyści, jakie może nieść ze sobą dynamiczny rozwój rozwiązania, w którym pojazdy elektryczne pełnią rolę rozproszonych magazynów energii funkcjonujących w sieci elektroenergetycznej.

Dlaczego jednak PSPA nawiązało współpracę w kontekście technologii V2G właśnie z Brytyjską Ambasadą? Ponieważ to na brytyjskim rynku, jako jednym z pierwszych testowane są tego typu rozwiązania w ramach pilotażowych projektów. Jonathan Knott, Ambasador Zjednoczonego Królestwa Wielkiej Brytanii i Irlandii Północnej w Rzeczpospolitej Polsce mówi:

Uważa się, że rozwój pojazdów elektrycznych na dużą skalę zmieni sposób, w jaki korzystamy z samochodów, ale także będzie miał istotny wpływ na wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną oraz funkcjonowanie sieci elektroenergetycznej. Dlatego integracja pojazdów elektrycznych z sieciami stanowi duże wyzwanie. Jednym ze sposobów, aby jemu sprostać, jest implementacja nowych technologii, takich jak Vehicle-to-Grid (V2G), systemu zapewniającego dwukierunkowy przepływ energii pomiędzy pojazdem a siecią elektroenergetyczną, umożliwiającego wykorzystanie energii zgromadzonej w baterii samochodu do stabilizacji pracy sieci.

Jakie zatem korzyści mogą płynąć z rozwoju i wdrożeń technologii Vehicle to Grid? Można je podzielić na finansowe i ekologiczne, a należą do nich przede wszystkim takie aspekty, jak:

• odciążenie sieci elektroenergetycznych poprzez rozproszenie magazynowania energii w pojazdach elektrycznych wyposażonych w system dwukierunkowego przepływu prądu;
• technologia V2G pozwala na zakup energii w okresach jej wysokiej produkcji przez OZE i przy niskim zapotrzebowaniu na prąd oraz sprzedaż energii w czasie, w którym zapotrzebowanie jest najwyższe i obowiązuje najdroższa taryfa;
• właściciele samochodów elektrycznych włączonych do sieci elektroenergetycznej stają się aktywnymi uczestnikami rynku energii, co sprawia, że mogą w ramach tej integracji czerpać dodatkowy zysk. Temu aspektowi z pewnością warto przyjrzeć się bliżej, gdyż może on być kluczowym w zachęcaniu inwestorów do wspierania rozwoju koncepcji V2G.

Przenośne magazyny energii pomysłem na biznes?

Okazuje się, że technologia V2G rozwijana jest przez polskich inżynierów już od kilku lat. W 2019 roku Innogy Stoen Operator jako pierwszy w naszym kraju zainicjował projekt badawczy poświęcony tej koncepcji. W projekcie tym zastosowanie znalazły inteligentne stacje transformatorowe od ZPUE Włoszczowa. Ich zadaniem jest umożliwienie pozyskiwania energii z pojazdów elektrycznych i oddawanie jej do sieci. Nie mniej ważne są jednak w tym kontekście dokonania polskich inżynierów z Sieci Badawczej Łukasiewicz – ITR (Instytut Tele- i Radiotechniczny). Opracowali oni bowiem rozwiązanie, które pozwala zintegrować inteligentne stacje transformatorowe (SPS) z funkcjonującymi w sieci pojazdami elektrycznymi i zarządzać procesem pozyskiwania i dystrybucji magazynowanej przez te pojazdy energii. W rozmowie z Agencją Newseria Biznes Jakub Chudorliński, starszy specjalista w Departamencie Komercjalizacji i Marketingu w Łukasiewicz – ITR mówi:

Właściciel samochodu elektrycznego może być prosumentem, z tym że musi kupić odpowiednie auto. Mówimy tu o samochodzie elektrycznym, który pozwala się naładować i rozładować, czyli ma możliwość pobrać energię z sieci i ją zdać do sieci. Tych samochodów ogólnie jest dosyć mało, występują jako egzemplarze pilotażowe, a nie dostępne dla przysłowiowego Kowalskiego.

Według inżynierów z Sieci Badawczej Łukasiewicz – ITR, przenośne magazyny energii stanowią jedno z najważniejszych ogniw w wirtualnych elektrowniach, a więc systemach zapewniających skuteczną walkę z coraz powszechniejszym zjawiskiem blackoutów. Co jeszcze są w stanie zagwarantować wirtualne elektrownie? Realny dochód pochodzący z wymian energetycznych pomiędzy działającymi w jej ramach prosumentami, a przede wszystkim integrację rozproszonych instalacji OZE w jeden bilansujący się system. Jak podkreśla Jakub Chudorliński opracowany przez zespół z Łukasiewicz-ITR projekt znajduje się w fazie pilotażowej, co oznacza , że inżynierowie zbierają i analizują dane pozyskane z kilku zainstalowanych przez nich obiektów. Docelowo rozwiązanie to może znaleźć zastosowanie w energetyce konwencjonalnej, energetyce odnawialnej, elektromobilności, a także w integracji wszystkich tych branż.

Mobilne ładowarki do pojazdów elektrycznych – czy to ma sens?

Innym sposobem wykorzystania mobilnych magazynów energii jako źródła dochodu, jest odpłatne udostępnianie przenośnych ładowarek do pojazdów elektrycznych w awaryjnych sytuacjach. O co chodzi w tym pomyśle? W USA, a konkretnie w stanie Massachusetts działa firma SparkCharge. Zajmuje się ona w skrócie dostarczaniem energii elektrycznej do pojazdów elektrycznych, których baterie uległy rozładowaniu, zanim kierowca pojazdu zdołał dotrzeć do najbliższej stacji ładowania.

Integracja działań firmy SparkCharge opiera się na aplikacji mobilnej BoostEV, dzięki której potencjalny klient może przekazać dane lokalizacyjne unieruchomionego pojazdu oraz deklarowaną ilość energii, jakiej będzie potrzebował. Po otrzymaniu zgłoszenia pracownik firmy wyrusza odpowiednio przystosowanym pojazdem wyposażonym w ładowarkę i realizuje zlecenie. Warto wspomnieć, że ceny prądu w takiej usłudze są nieporównywalnie wyższe niż w przypadku “tankowania” ze stacjonarnej ładowarki. Istotny jest jednak fakt, że z podobnego rozwiązania korzysta się jedynie w sytuacjach awaryjnych i kupuje tyle energii, aby wystarczyło jej na dojechanie do domu. Czy analogiczne rozwiązanie miałoby obecnie szansę na sukces w polskich warunkach? I tak i nie:

na terenie naszego kraju sieć stacji ładowania pojazdów elektrycznych jest bardzo skąpa, co może generować stosunkowo częste problemy z zapasem energii w pojeździe na dłuższych trasach;
mobilny magazyn energii wykorzystywany w takim modelu biznesowym może przynosić pożądane dochody poprzez uzasadnioną, wielokrotnie wyższą cenę “sprzedawanej” energii. W sytuacjach awaryjnych klienci muszą liczyć się z wysokimi kosztami;
w Polsce elektromobilność wciąż znajduje się w fazie rozwoju, a pojazdów elektrycznych, które codziennie poruszają się po polskich drogach może być zbyt mało, aby podobna firma mogła osiągnąć rentowność;
istotne znaczenie w opłacalności takiego biznesu ma wielkość kraju, na którego terenie firma miałby świadczyć swoje usługi. W Stanach Zjednoczonych pokonywane codziennie przez Amerykanów odległości są wielokrotnie większe niż ma to miejsce w przypadku polskich kierowców.

Przenośny magazyn energii – propozycje producentów

Samochody elektryczne to oczywiście niejedyne mobilne magazyny energii, które mogą ułatwiać życie osobom zainteresowanym ekologicznymi źródłami energii. Co bowiem w sytuacji, w której zasilanie potrzebne jest w miejscu bez dostępu do sieci elektroenergetycznej? Zazwyczaj rozwiązaniem w takiej sytuacji były przenośne agregaty prądotwórcze, które działają na zasadzie spalania paliw kopalnych, co z pewnością nie należy do ekologicznych rozwiązań. Alternatywą dla agregatów mogą być natomiast mobilne stacje energii, które nie są niczym innym, jak magazynami energii z możliwością przenoszenia ich w wybrane miejsce. Co ciekawe, kilku polskich producentów i dystrybutorów zagranicznych rozwiązań zaprezentowało już swoje propozycje w kategorii takich urządzeń.

YETI, czyli mobilne stacje zasilania od Goal Zero

Rozwiązania oferowane przez markę Goal Zero, której wyłącznym dystrybutorem na Polskę jest firma VIDICOM, można uznać za absolutnie przełomowe i innowacyjne. W kontekście mobilnych magazynów energii marka opracowała wiele urządzeń, które dostosowane są do różnych potrzeb i sytuacji, w jakich mogą znaleźć się odbiorcy energii. Flagowym produktem marki w tej kategorii są mobilne stacje zasilania z serii YETI, które występują w wielu konfiguracjach pojemności oraz z opcjami jej modułowej rozbudowy w razie potrzeby. Urządzenia od Goal Zero mogą funkcjonować w charakterze awaryjnego źródła zasilania lub magazynować energię do wykorzystania w miejscach, w których podłączenie do sieci elektroenergetycznej jest niemożliwe. Od użytkownika zależy, do jakich zadań planuje przeznaczyć mobilną stację zasilania i jaką w związku z powyższym powinna mieć ona pojemność.

Czym charakteryzują się przenośne magazyny energii od Goal Zero? Przede wszystkim są ekologicznymi źródłami zasilania, które nie emitują żadnych zanieczyszczeń i nie generują hałasu podczas pracy. Dla przykładu mobilna stacja ładowania Goal Zero YETI 6000X posiada gniazda sieciowe 230 V i 12 V, porty USB-A, USB-C oraz USB-C i pojemność rzędu 6 kWh. Oznacza to, że naładowany mobilny magazyn może zasilić najważniejsze sprzęty w gospodarstwie domowym przez wiele godzin lub z powodzeniem służyć jako źródło zasilania podczas prac w ogrodzie czy na biwaku. Akumulator może być oczywiście zasilany przez dowolne odnawialne źródło energii, co czyni go tym bardziej ekologicznym rozwiązaniem.

Co najciekawsze, firma Goal Zero oprócz mobilnych stacji zasilania oferuje także przenośną fotowoltaikę, którą można kupić osobno bądź w zestawie z magazynem. W zależności od warunków pogodowych turystyczne panele słoneczne są w stanie naładować cały magazyn 6000X w czasie od 24 do 48 godzin.

PowerBox od PZL Sędziszów, czyli mobilny magazyn energii w walizce

Firma PZL Sędziszów działając w służbie rozwoju szeroko pojętej elektromobilności, zaznacza swój udział także na polu projektowania i konstruowania mobilnych magazynów energii. Urządzenie o nazwie PowerBox BG-3120 to zamknięta w formie estetycznej walizki na kółkach przenośna stacja ładowania o pojemności 3,12 kWh. Akumulator stworzony został ze specjalnie wyselekcjonowanych ogniw litowo-jonowych, a jego działanie kontroluje system BMS. Mobilny magazyn od PZL Sędziszów umożliwia jednoczesne podpięcie do zainstalowanych w nim gniazd urządzeń o łącznej mocy 1500 W.

Przenośny magazyn energii PowerBox jest autorskim rozwiązaniem produkowanym w Polsce przez firmę PZL Sędziszów. Baterie stosowane w urządzeniach tej firmy posiadają 5-stopniowy system zabezpieczeń oraz produktową polisę OC obowiązującą na terenie UE. Mobilne magazyny energii PowerBox to gwarancja jakości, będącej skutkiem sprawnego współdziałania automatyzacji procesów produkcyjnych z manufakturą na etapach wykończenia i weryfikacji urządzeń. Atrakcyjna, a zarazem solidna forma przenośnego magazynu sprawia, że można zabrać go ze sobą w podróż lub każde inne miejsce, w którym potrzebne jest alternatywne źródło zasilania.

Jaka przyszłość czeka mobilne magazyny energii?

Dążenie do zwiększenia udziału OZE w produkcji energii to obecnie jedyny słuszny kierunek. Aby jednak osiągniecie w tym obszarze wymiernych rezultatów było możliwe, odpowiednie działania powinien podejmować codziennie każdy człowiek, któremu na tym zależy. Dynamika życia społeczeństw wymusza powstawanie rozwiązań, które nie tylko będą proekologiczne, ale także komfortowe w użytkowaniu i odpowiadające potrzebom ludzi. Mobilne magazyny energii doskonale wpisują się w te założenia.

Rozwój elektromobilności oprócz oczywistych zalet może generować dodatkowe, wymierne korzyści, a mobilne stacje ładowania być może już niedługo będą opłacalne w polskich warunkach. Producenci magazynów energii dostarczają konsumentom kolejne, atrakcyjne rozwiązania, które działają w służbie człowiekowi, ale także ekologii. Postęp technologiczny sprawia, że prywatne inwestycje w takie systemy przestaną być kojarzone z finansowym wyrzeczeniem, a jedynie z poprawą jakości życia. Biorąc pod uwagę potrzeby współczesnych społeczeństw, rynek mobilnych magazynów energii z pewnością będzie sukcesywnie zwiększał dotychczasową dynamikę rozwoju.