Magazyny energii w przemyśle – wdrożenie i sposoby wykorzystania
Wraz ze wzrostem udziału odnawialnych źródeł energii w miksie energetycznym przedsiębiorstw rośnie znaczenie magazynów energii jako narzędzia poprawiającego efektywność wykorzystania tej energii, stabilność dostaw oraz elastyczność operacyjną zakładów. Magazyny energii przestają być jedynie uzupełnieniem instalacji OZE – coraz częściej stają się ważnym elementem infrastruktury energetycznej, umożliwiającym redukcję kosztów, minimalizację wpływu zmiennych cen energii na działalność operacyjną i osiąganie celów zeroemisyjnych.
Czym jest magazyn energii?
Magazyn energii to instalacja, która pozwala gromadzić energię elektryczną i oddawać ją wtedy, gdy jest potrzebna - w momentach szczytowego zapotrzebowania, przy niekorzystnych cenach energii, w przypadku zaniku zasilania lub aby zwiększyć autokonsumpcję z OZE. W przemyśle najczęściej stosuje się magazyny bateryjne oparte na technologii litowo-jonowej (BESS – Battery Energy Storage System), choć w wybranych zastosowaniach funkcjonują też magazyny cieplne czy przepływowe (flow). System magazynowania obejmuje nie tylko baterie, ale także inwertery, zabezpieczenia, system sterowania i oprogramowanie EMS odpowiedzialne za optymalną pracę urządzeń.
Magazyny energii w polskim przemyśle
W polskich zakładach energia elektryczna jest wykorzystywana intensywnie i często w sposób nierównomierny – skoki obciążenia, duża liczba odbiorników dużej mocy i praca w trybie kilku zmian sprzyjają powstawaniu pików mocy. W efekcie przedsiębiorstwa ponoszą wysokie koszty mocy zamówionej oraz opłaty mocowej, a dodatkowo narażają się na ryzyko wyłączeń i przerw technologicznych w obszarach przeciążonej infrastruktury energetycznej. Równocześnie coraz częściej inwestują w instalacje fotowoltaiczne lub wiatrowe, których produkcja nie zawsze pokrywa się z profilem zużycia. Magazyny energii odpowiadają na te wyzwania, umożliwiając przechwycenie nadwyżek energii, ograniczenie poboru w momentach szczytowych i stabilizację pracy sieci elektrycznej.
W praktyce wdrożenia koncentrują się na trzech głównych obszarach: ograniczaniu mocy szczytowej, zmianie sposobu zasilania poprzez integrację z OZE oraz wykorzystaniu technologii zwiększających stabilność systemu energetycznego. Magazyny energii są naturalnym uzupełnieniem fotowoltaiki i kogeneracji, a w wielu przypadkach stają się narzędziem łączącym różne źródła w spójny, dobrze zarządzany układ.
W obszarach o słabej infrastrukturze energetycznej, takich jak zakłady zlokalizowane poza głównymi sieciami przesyłowymi czy obiekty w regionach oddalonych, magazyny energii pozwalają:
- utrzymać produkcję podczas awarii,
- ograniczyć chwilowe przeciążenia sieci przy rozruchu urządzeń,
- skrócić przerwy technologiczne,
- wspólnie z własnymi źródłami wytwórczymi, umożliwić stabilne działanie i rozwój zakładów przemysłowych.
Coraz częściej takie przedsiębiorstwa wybierają rozwiązania hybrydowe: OZE + magazyn energii + agregat lub kogeneracja, które zapewniają odporność energetyczną nawet przy dłuższych przerwach w zasilaniu z sieci.
Wykorzystanie magazynu energii w zakładzie przemysłowym
Powszechną funkcją magazynów energii jest ograniczanie szczytowego poboru mocy i wygładzenie profilu zużycia energii, co zmniejsza koszty mocy zamówionej i opłatę mocową. Kolejnym zastosowaniem jest zwiększenie autokonsumpcji energii z OZE – magazyn ładuje się w godzinach wysokiej produkcji, a oddaje energię wtedy, gdy zakład potrzebuje jej najbardziej. W zakładach o wysokich wymaganiach dotyczących ciągłości zasilania magazyn pełni rolę bufora, który chroni przed krótkotrwałymi spadkami napięcia i zapobiega przestojom linii produkcyjnych.
Magazyny mogą również uczestniczyć w rynku usług systemowych, dostarczając operatorowi energię potrzebną do stabilizacji krajowej sieci elektroenergetycznej. W Polsce rynek ten dopiero się rozwija, ale w przyszłości może być znaczącym elementem modelu biznesowego takich instalacji.
Jak zaplanować wdrożenie magazynu energii?
Właściwe zaplanowanie inwestycji wymaga analizy profilu zużycia energii w zakładzie, w tym identyfikacji okresów najwyższego poboru, nadwyżek energii z OZE oraz ewentualnych problemów jakościowych w sieci. Najczęściej pierwszym krokiem jest wykonanie audytu energetycznego wraz rzeczywistymi pomiarami, które pozwolą określić optymalną moc (kW) i pojemność (kWh), sposób podłączenie i działania systemu.
Ważnym elementem zwiększającym opłacalność inwestycji są zewnętrzne źródła finansowania. Programy takie jak FEnIKS umożliwiają uzyskanie dofinansowania na projekty związane z poprawą efektywności energetycznej i obniżaniem emisji. Coraz częściej przedsiębiorstwa korzystają również z modelu ESCO, w którym partner zewnętrzny finansuje inwestycję, a przedsiębiorstwo spłaca ją z osiągniętych oszczędności, co obniża ryzyko i ułatwia wdrażanie rozwiązań o dłuższym okresie zwrotu.
Korzyści ekonomiczne i operacyjne
Magazyny energii przynoszą jednocześnie ograniczenie kosztów i poprawę niezawodności pracy zakładu. Obniżenie opłat dystrybucyjnych, lepsze dopasowanie zużycia do produkcji z OZE, czy unikanie kosztownych przestojów składają się na wymierne efekty ekonomiczne. Dodatkowym atutem jest stabilność kosztowa – przedsiębiorstwo może lepiej planować budżet energetyczny, a własne zasoby energii zmniejszają wrażliwość na wahania cen.
Korzyści operacyjne obejmują poprawę jakości zasilania, zmniejszenie ryzyka awarii urządzeń, wydłużenie żywotności instalacji oraz większą odporność zakładu na zakłócenia sieciowe. W połączeniu z instalacjami PV lub kogeneracyjnymi magazyn tworzy elastyczny i niskoemisyjny miks energetyczny, który wspiera produktywność i cele środowiskowe przedsiębiorstwa.
Jak zintegrować magazyn energii z istniejącą instalacją?
Stopień trudności wdrożenia magazynu energii w zakładzie przemysłowym zależy przede wszystkim od specyfiki obiektu, skali produkcji oraz wybranej technologii magazynowania. Najważniejszym etapem jest szczegółowa analiza profilu zużycia energii, ponieważ żaden magazyn nie będzie pracował efektywnie, jeśli nie jest dopasowany do rzeczywistych potrzeb zakładu. Konieczne jest więc zebranie danych dotyczących średniego i szczytowego zużycia energii, zmienności obciążeń, potencjału do redukcji mocy zamówionej oraz planów rozwoju produkcji w kolejnych latach. Analizy opierają się na danych z kilku miesięcy, a im bardziej złożony zakład, tym większe znaczenie ma precyzyjna identyfikacja punktów krytycznych.
Dużą częścią pracy projektowej jest również określenie funkcji, jakie magazyn ma pełnić w danym przedsiębiorstwie. Tego typu instalacje mogą być wykorzystywane do redukowania mocy szczytowej, pracy awaryjnej, stabilizacji parametrów energii i zwiększenia autokonsumpcji energii z OZE. Nie istnieje jednak rozwiązanie, które zrealizuje wszystkie cele jednocześnie, dlatego kluczowe jest odpowiednie dobranie mocy, pojemności oraz priorytetów operacyjnych magazynu. To one decydują o późniejszej efektywności ekonomicznej i technicznej systemu.
Magazyny energii podlegają przepisom budowlanym, energetycznym oraz regulacjom PPOŻ. W wielu lokalizacjach konieczne jest uzyskanie opinii rzeczoznawców ds. ochrony przeciwpożarowej, zgód budowlanych, uzgodnień z operatorem systemu dystrybucyjnego czy przygotowania dokumentacji środowiskowej. Czas potrzebny na przejście pełnej ścieżki formalnej waha się od kilku tygodni do nawet kilku miesięcy, zależnie od typu zakładu i planowanej skali inwestycji.
Rozwiązania hybrydowe OZE + CHP + BESS
Integracja magazynu energii z instalacjami OZE oraz jednostkami kogeneracyjnymi pozwala na budowę elastycznego, lokalnego systemu energetycznego, w którym poszczególne źródła wzajemnie się uzupełniają. W układach z fotowoltaiką magazyn przejmuje nadwyżki energii produkowanej w godzinach niskiego zapotrzebowania i oddaje je w okresach zwiększonego poboru, ograniczając zarówno eksport energii do sieci, jak i konieczność uruchamiania źródeł rezerwowych.
W połączeniu z kogeneracją magazyn może stabilizować pracę jednostki wytwórczej, umożliwiając jej funkcjonowanie w optymalnym punkcie sprawności, niezależnie od chwilowych wahań zapotrzebowania elektrycznego. Energia elektryczna z kogeneracji może być czasowo magazynowana i wykorzystywana w momentach szczytowych, podczas gdy produkcja ciepła pozostaje dostosowana do potrzeb procesowych zakładu. Takie rozwiązania zwiększają stopień wykorzystania własnych źródeł energii, poprawiają bilans energetyczny obiektu oraz redukują emisje i koszty operacyjne, jednocześnie podnosząc odporność zakładu na ograniczenia sieciowe i zakłócenia zewnętrzne.
Podsumowanie
Rozwój odnawialnych źródeł i niska stabilność systemu elektroenergetycznego sprawiają, że magazyny energii przestają być rozwiązaniem eksperymentalnym i coraz częściej trafiają do strategii energetycznych przedsiębiorstw przemysłowych. W Polsce, magazyny energii pełnią głównie funkcję stabilizacyjną - wiele zakładów zmaga się z ryzykiem przerw produkcyjnych i nadwyżkami z OZE. Dobrze dobrany system może skrócić okres zwrotu inwestycji w odnawialne źródła, ograniczyć koszty operacyjne i poprawić bezpieczeństwo energetyczne zakładu.
