Jak można magazynować zieloną energię?
W 2023 r. energia odnawialna stanowiła już 30% globalnej produkcji energii. To ważny krok w kierunku radykalnego obniżenia emisji, a prognozy przewidują, że w 2050 r. energia solarna i wiatrowa stanowić już będą 60% światowej podaży energetycznej. Co jednak możemy robić, gdy akurat nie świeci i nie wieje? Problem magazynowania zielonej energii jest największym wyzwaniem transformacji energetycznej.
Dlaczego potrzebujemy magazynować zieloną energię?
Współczesny rynek Odnawialnych Źródeł Energii (OZE) zdominowany jest przed elektrownie wodne, wiatrowe i słoneczne – ich produktywność zależy jednak ściśle od naturalnych warunków: poziomu wody w rzekach i zaporach, siły i kierunku wiatru oraz ilości promieniowania słonecznego. Są więc okresy, gdy energii jest pod dostatkiem i gdy jej brakuje. Typowym przykładem energetycznego paradoksu są panele fotowoltaiczne – ich efektywność jest najwyższa latem, a tymczasem prądu do ogrzewania i oświetlenia potrzebujemy przede wszystkim zimą.
Magazynowanie energii odnawialnej jest również kwestią czystej ekonomiki – jeśli już mamy jej pod dostatkiem, a czasy bywają różne, szkoda jest nie wykorzystać potencjału. Zaawansowane technologie pozwalają nie tylko wyrównywać bieżące wahania w podaży i popycie na energie, ale również tworzyć rezerwy na przyszłość.
Trudno jest wyobrazić sobie realizację celów zerowej emisji netto, jeśli nie nauczymy się magazynować zielonej energii w taki sam sposób, w jaki jesteśmy w stanie składować paliwa kopalne.
Baterie w roli magazynów energii
Najoczywistszym sposobem magazynowania prądu elektrycznego są akumulatory. Elektrochemiczne ogniwa umożliwiły rozwój motoryzacji i przenośnych urządzeń elektrycznych takich jak golarki czy latarki, a dziś są również zapleczem dla odnawialnej energii. W połączeniu z klasycznymi instalacjami fotowoltaicznymi często korzysta się akumulatorów żelowych, opartych na sprawdzonej technologii kwasowo-ołowiowej. Coraz większego znaczenia w magazynowaniu elektryczności nabierają również baterie litowo-jonowe, chwalone za kompaktowe rozmiary, długą żywotność oraz wyjątkową gęstość energii. Można z nich zestawiać ogromne magazyny energii – w Kalifornii funkcjonuje już zakład oparty na technologię Li-Ion o mocy aż 300 MW.
Baterie litowo-jonowe nie są jednak pozbawione wad. Za jedną z kluczowych uważa się bezpieczeństwo – przy niesprzyjających warunkach ogniwa mogą się przegrzewać i eksplodować, co stwarza poważne zagrożenie dla życia i mienia. Poza tym produkcja baterii nie należy do procesów ekologicznych, gdyż potrzebne do wyrobu pierwiastki, czyli kobalt, nikiel i lit, mają ograniczone zasoby, a ich wydobycie wpływa negatywnie na stan środowiska naturalnego. Przyszłościową alternatywą mogą być baterie sodowo-jonowe, które posiadają co prawda niższą gęstość energii, ale pozbawione są ryzyka związanego z eksploatacją i wykorzystaniem litu.
Akumulatory jako magazyn energii, fot. tongpatong/envato
Potencjał hydroelektryczny
Energia wodna pozostaje najważniejszym OZE we współczesnej energetyce. Można ją wykorzystać również jako magazyn nadwyżek energetycznych. W tym celu w okresie nadprodukcji elektryczności nadmierny prąd wykorzystywany jest do wytłaczania wody z niższego zbiornika elektrowni wodnej do wyższego. Gdy podaż energii spadnie, woda zostanie spuszczona w dół, wprawiając w ruch turbiny, które wygenerują potrzebny prąd.
Według Światowego Forum Ekonomicznego elektrownie szczytowo-pompowe współcześnie magazynują aż 94% globalnych nadwyżek energii. Ich wykorzystanie jest oczywiście ograniczone przez naturalne warunki geograficzne w danym regionie. Budowa infrastruktury nie jest zaś tania i wymaga odpowiednio dużej powierzchni.
Mechaniczne metody magazynowania zielonej energii
Na podobnej zasadzie jak elektrownia szczytowo-pompowa działają grawitacyjne magazyny energii. W tym przypadku zamiast wody nadwyżki elektryczności „dźwigają” jednak ciężkie, kilkudziesięciotonowe bloki na wysokość nawet 100 metrów. Tym samym bloki te nabierają energii potencjalnej, która może być łatwo zmieniona w energię kinetyczną (wystarczy je spuścić w dół), a dalej przekształcona w prąd. Istniejące już na świecie grawitacyjne magazyny energii posiadają pojemność nawet do 100 MWh. Instalacje można zakładać np. w starych szybach górniczych, gdzie istnieje możliwość podniesienia ładunku na wysokość nawet 800 m.
Dobra znajomość praw fizyki przydaje się również w innej metodzie magazynowania energii – za pomocą sprężonego powietrza. W 2024 r. media poinformowały, że we wschodnich Chinach powstaje największa na świecie tego typu instalacja, która docelowo będzie w stanie składować aż 2,8 mln kWh. Na czym polega ta technologia? Nadwyżki energii z turbin wiatrowych wykorzystywane są do stłaczania powietrza w podziemnych magazynach. W przypadku bezwietrznej pogody powietrze jest uwalniane, a jego rozprężenie wprawia turbiny w ruch, generując potrzebną energię.
Na podobnej zasadzie działają systemy magazynowania energii z kołem zamachowym, wykorzystywane często w połączeniu z instalacjami fotowoltaicznymi. W tym przypadku nadwyżka wyprodukowanej energii służy do wprawienia w ruch gigantycznego koła umieszczonego w próżni, tak aby zminimalizować straty związane z oporem powietrza. Ta kinetyczną energię można w każdej chwili przekształcić w prąd elektryczny za pomocą prostego alternatora. Metoda chwalona jest za żywotność, brak wykorzystania strategicznych i toksycznych surowców, jak również niezwykle szybki i sprawny proces transformacji energetycznej.
Tabela podsumowująca podstawowe metody magazynowania energii odnawialnej; opracowanie własne
Ciepło jako nośnik energii
Okresową nadprodukcję energii odnawialnej da się również zmienić w ciepło. W tym celu wykorzystuje się przede wszystkim technologię ciekłego powietrza. Za pomocą prądu elektrycznego schładza się powietrze do temperatury -196°C, w której ulega ono skropleniu. Taka powietrzna ciecz przechowywana jest w specjalnych zbiornikach, a przy niedostatku energii jest uwalniana. Dochodzi wówczas do ponownej zmiany skupienia, a rozprężający się gaz napędza turbiny.
Innowacyjną metodą termalnego magazynowania ciepła opracowali fińscy naukowcy. Baterie piaskowe w przeciwieństwie do tradycyjnych baterii elektrochemicznych nie działają na bazie reakcji chemicznych, więc nie podlegają procesowi starzenia i utraty pojemności. Są to po prostu duże zbiorniki z piaskiem, które w okresie nadwyżek energii nagrzewa się do temperatury 500-600°C. Magazynują one ciepło, które może być potem wykorzystane do ogrzania domu. W tym samym celu używa się zbiorników ze żwirem, które mają tą zaletą, że mogą być instalowane praktycznie wszędzie. Technologia wiąże się oczywiście z pewnymi stratami energii, ale jest tania, a jej efektywność szacowana jest na poziomie 50-70%.
Niemiecka elektrownia szczytowo-pompowa w Ronkhausen, źródło: Dr.G.Schmitz, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
Wodór jako magazyn energii
Jednym z bardziej obiecujących sposobów wykorzystania nadwyżek wyprodukowanej zielonej energii jest produkcja wodoru. Cenny gaz wytwarza się w procesie elektrolizy, do którego potrzeba dużych ilość prądu elektrycznego. W rezultacie otrzymujemy jednak paliwo, które może być wykorzystane do napędzania samochodów, autobusów, pociągów, samolotów, ale także automatyki w magazynach, a nawet dostaw prądu do gospodarstw domowych.
Każda z powyższych metod ma swoje wady i zalety i może być optymalnym rozwiązaniem dla różnych potrzeb. Technologia wciąż się jednak rozwija, więc możliwe, że już za kilka lat będziemy w stanie jeszcze bardziej efektywnie gromadzić nadwyżki energii z OZE.
Magazynowanie zielonej energii – pytania i odpowiedzi
Jak efektywne jest magazynowanie energii?
Podczas każdej transformacji energii dochodzi do pewnych strat. Nowoczesne systemy magazynowania energii zapewniają jednak efektywność na poziomie nawet 80-90%.
Czy magazynowanie energii jest bezpieczne?
Wszystko zależy od technologii. Najniebezpieczniejsze są systemy oparte na łatwopalnych bateriach litowo-jonowych. Na drugim biegunie znajdują się przede wszystkim systemy oparte na kołach zamachowych i zbiornikach piasku.
W jaki sposób wykorzystuje się zmagazynowaną energię odnawialną?
Potencjał zgromadzony w magazynach energii może być wykorzystywany do produkcji prądu elektrycznego, jako ciepło lub paliwo.”
Absolwentka Wydziału Zarządzania Uniwersytetu Gdańskiego, która oddała się pasji zgłębiania zagadek świata i pisania o nich. Specjalizuje się w ekologii, klimatologii i naukach przyrodniczo-naukowych. Żyje ponad granicami, dużo podróżuje, a w wolnym czasie pływa.
Opublikowany: 20 lutego, 2025 | Zaktualizowany: 29 lipca, 2025
- World Energy Outlook 2024 IEA, https://www.iea.org/reports/world-energy-outlook-2024, 6/02/2025;
- “What is renewable energy storage” National Grid, https://www.nationalgrid.com/stories/energy-explained/what-is-renewable-energy-storage, 6/02/2025;
- “4 ways to store renewable energy that don’t involve batteries” Ian Shine, World Economic Forum, https://www.weforum.org/stories/2023/01/renewable-energy-storage-innovations-batteries/, 6/02/2025;
- “Energy storage options explained” Energy Saving Trust, https://energysavingtrust.org.uk/advice/storing-energy/, 6/02/2025;
- “Electricity storage”, https://www.epa.gov/energy/electricity-storage, 6/02/2025;
- “Navigating challenges in large-scale renewable energy storage: Barriers, solutions, and innovations” Heidar Jafarizadeh i in., https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352484724005092, 6/02/2025;
- “Different energy storage techniques: recent advancements, applications, limitations, and efficient utilization of sustainable energy” Raj Kumar i in., https://link.springer.com/article/10.1007/s10973-023-12831-9, 6/02/2025;
