Magazynowanie energii cieplnej może być zdefiniowane jako tymczasowe przechowywanie tej energii w niskich lub wysokich temperaturach. Innowacyjne rozwiązania technologii przechowywania cieplnej energii użytkowej mogą złagodzić w dłuższym okresie negatywny wpływ na środowisko i ułatwić bardziej efektywne energetycznie eksploatowanie systemów energetyki cieplnej.
Celem nadrzędnym w przypadku termicznych systemów magazynowania energii jest przechowywanie ciepła słonecznego zgromadzonego w lecie w celu wykorzystania go do ogrzewania w zimie. Koncepcja takiego wykorzystania energii słonecznej nie jest nowa, bo była już rozwijana i doskonalona przez wieki i odgrywała ważną rolę w oszczędzaniu energii oraz znacząco przyczyniała się do poprawy efektywności energetycznej oraz redukcji emisji gazów do atmosfery. W artykule przedstawiono rodzaje magazynów ciepła ze szczególnym uwzględnieniem magazynów typu BTES, wraz z przykładami ich zastosowań.
Potrzeby energetyczne społeczeństwa stale rosną szczególnie w dużych aglomeracjach miejskich, podczas gdy zasoby paliw kopalnych, które są produktem energetycznym dla większości krajowych systemów energetycznych i ciepłowniczych, wyczerpują się. Z roku na rok obserwujemy, że ceny paliw tradycyjnych (gazu, ropy, węgla) nieodwracalnie rosną [1].
>>> 1,25 mld zł w budżecie programu Mój Prąd 6.0
>>> Magazyn energii z baterii autobusów elektrycznych
>>> Wielkoskalowe magazynowanie energii – rozdroże nowych technologii
Fot. stock.adobe.com – ANDREY PROFOTO
Podział technologii magazynowania energii przedstawia się następująco:
1. elektrownie szczytowo-pompowe (PHS);
2. magazynowanie sprężonego powietrza (CAES);
3. magazynowanie ciekłego powietrza (LAES); bezwładniki energii kinetycznej (FES);
5. wodór jako chemiczny magazyn energii oraz ogniwa paliwowe (m.in. PEM, MCFC, SOFC);
6. chemiczne magazyny energii, obejmujące instalacje Power-to-X (PtX), w których wytwarzany jest metan (PtN), paliwa płynne (PtL) lub amoniak (PtA);
7. ogniwa elektrochemiczne (BES), m.in. litowo-jonowe (Li-Ion), niklowo-wodorkowe (NiMH), kwasowo-ołowiowe (PbA, CLAB), sodowo-siarkowe (NaS);
8. ogniwa przepływowe, m.in. wanadowe ogniwa przepływowe typu redoks (VRFB);
9. superkondensatory (UC/EDLC);
10. cewki nadprzewodzące (SMES);
11. materiały zmiennofazowe akumulujące ciepło (m.in. PCM, stopione sole);
12. zasobniki ciepła (m.in. TES) i chłodu (nisko-, średnio- oraz wysokotemperaturowe).
>>> Magazyny energii w systemie elektroenergetycznym
>>> PGE zbuduje największy magazyn energii w Europie
Zaawansowane technologie zarówno krótkoterminowego, jak i długoterminowego magazynowania energii cieplnej mogą przyczynić się do znacznego ograniczenia problemów środowiskowych (efekt zmniejszenia emisji CO2), a także zwiększenia wydajności systemów grzewczych i chłodniczych. Najprostszym rozwiązaniem zwiększającym efektywność energetyczną instalacji grzewczych i chłodniczych jest zastosowanie magazynu energii cieplnej (MEC).
MEC jest zdefiniowany jako czasowe magazynowanie energii termicznej w postaci gorącego oraz zimnego czynnika, w celu późniejszego wykorzystania. Istotną rolę w procesie magazynowania energii cieplnej odgrywa zależność wykorzystania technologii od odnawialnych źródeł energii. Tworzenie hybrydowych systemów magazynowania wspomaganych systemami OZE ma na celu optymalne wykorzystanie potencjału wydajnościowego systemów grzewczych oraz zminimalizowanie niedoborów energii z jednoczesnym przechowywaniem nadmiaru ciepła w celu późniejszego wykorzystania go w okresach szczytowych. Technologie MEC są wskazane do bilansowania równowagi między popytem i podażą na rynku energii cieplnej. Zatem możemy stwierdzić, iż MEC odgrywa ważną rolę w zwiększaniu efektywności energetycznej poszczególnych rodzajów energii odnawialnej w miksie energetycznym w skali mikro i makro [1]. Wybór systemu MEC dla konkretnego zastosowania zależy od wielu czynników, w tym od czasu trwania składowania, ekonomii, podaży, pojemności, strat ciepła oraz dostępności miejsca [1].
Technologie magazynowania energii. W dalszej części artykułu:
Tab. Klasyfikacja rodzajów energii i technik jej magazynowania
Tab. Techniczne charakterystyki magazynów energii
Magazynowanie energii cieplnej w zbiornikach typu TTES
Magazynowanie energii cieplnej w zbiornikach typu PTES
Magazynowanie energii cieplnej w zbiornikach typu BTES
Magazynowanie energii cieplnej w zbiornikach typu ATES
Magazynowanie energii cieplnej w zbiornikach typu CTES
Cały artykuł dostępny jest w numerze 1/2025 miesięcznika „Inżynier Budownictwa”.
mgr inż. MBA Tomasz Mania
Autor pracował w Bydgoskiej Szkole Wyższej w Bydgoszczy, był prezesem zarządu Polskiego Stowarzyszenia Pomp Ciepła oraz założycielem i wiceprezesem Ukraińskiego Stowarzyszenia Pomp Ciepła i Magazynowania Energii, zmarł w 2024 r.
Literatura
1. A.H. Abedin, M.A. Rosen, Krytyczne spojrzenie na systemy magazynowania energii cieplnej, „Renewable Energy Journal” nr 4/2011, s. 42–46.
