Wirtualny magazyn energii

Pierwszy kwartał 2019 roku był dla energetyki wiatrowej bardzo korzystny. Na materiale uzyskanym z 2159 godzin dostaw energii z wiatru zdecydowałam się rozwiązać pierwsze i najłatwiejsze zadanie dotyczące oszacowania ilości energii zużywanej na bieżąco oraz magazynowanej na pokrycie deficytów. Takie są bowiem dyrektywy polityczne w zakresie przyszłości energetyki. A tak wygląda problem z dostawami energii wiatrowej z dalekiej perspektywy. Widoczne na wykresie panoramicznym pięciotysięczniki zwarte lub postrzępione grupują się dość wyraźnie. Podobne grupowanie widoczne jest w dolinach. Widzimy z daleka, którą przełęcz wybrać by przeskoczyć na drugą stronę gór. Wysokość gór i nizin jest na obrazkach średnią mocą podaną w MW dla każdej godziny. Jest to zarazem godzinowa produkcja energii w MWh. Powierzchnia w kolorze niebieskim to energia pozyskana z wiatru w pierwszym kwartale 2019 r. w ilości 4877 GWh. Średnia arytmetyczna zbioru mocy godzinowej wynosi 2259 MW. 

Aby nie popaść w rozpacz, rozpatrzę na początku najprostszy model wykorzystania bieżących dostaw energii na bezpośrednie zużycie oraz teoretyczne chomikowanie reszty energii na później, kiedy nie będzie wiało. Przyjęłam w pierwszym kroku analizy zużycie stałe wynoszące 2000 MW, czyli 2 GW. Chomik przechowa resztę energii, wytworzonej od mocy 2000 MW w górę. Niżej przedstawiam rysunek zużywanej energii ze stałą mocą 2 GW, niebieskim kolorem zaznaczona jest energia wiatrowa konsumowana bezpośrednio w czasie jej wytwarzania, białe pola wypełni w naszym przykładzie energia pochodząca z magazynów. 

Bieżące zużycie energii o stałym zapotrzebowaniu na moc w ilości 2 GW w ciągu 2159 godzin (z powodu zmiany czasu kwartał był krótszy o 1 godzinę) wynosiło 4318 GWh. Na tę wielkość złożyły się dwa strumienie energii:

1. bieżąca podaż energii wiatrowej, w ilości 3346 GWh (77,5%)
2. energia z magazynów, w ilości 972 GWh (22,5%) 

Z ogólnej puli energii wygenerowanej przez wiatraki w I kwartale 2019 r. zużyto bezpośrednio 69% (3346 GWh), 31% energii wiatrowej (1531 GWh) wykorzystano do wytworzenia zapasów energii potrzebnej na godziny chude. Wiadomo, że magazynowanie wiąże się ze stratami. Dlatego powtarzam swoje wnioski z przemyśleń na temat bezpieczeństwa dostaw z elektrowni OZE. Około 1/3 energii z tych źródeł musi być magazynowana. Ile energii włożonej w różne procesy magazynowania odzyskamy to jest zupełnie inna bajka, którą mam nadzieję opowie wkrótce bloger @SNAFU. 

Zanim poznam jakieś współczynniki odzysku energii z magazynów, przedstawiam dzisiaj wyniki obliczeń przebiegu oszczędzania energii na później w bankach energii bez oprocentowania, tak jak złotówki PKO BP.

Na rysunku trzecim przedstawione są przepływy i stan konta w banku energii pozyskanej z mocy wyższych od 2 GW. Linia niebieska pokazuje ilość energii w magazynach w czasie od 1 do 2159 godziny roku 2019. Zbocza lewe oznaczają ładowanie, zbocza prawe opróżnianie magazynów. Nadwyżki z pierwszej połowy stycznia zostały zużyte w okresie dość długiego okresu z deficytem energii z bieżących dostaw. W okresie pomiędzy 720 i 960 godziną magazyn świeci pustkami. Ale za to przez kolejne 1200 godzin ma zawsze bieżące saldo dodatnie. Kwartał kończy się około 300 godzinną produkcją energii z magazynów.

Bilans otwarcia II kwartału ma 559 GWh energii do rozdania w kwietniu. Sprawdzamy: 4318 + 559 = 4877 GWh. 

Bezstratne magazynowanie przyjęłam na podstawie tego co mi wyszło w szkicu ostatniego rysunku. Łatwiej zrozumieć to co się przedstawia w dodatniej ćwiartce osi współrzędnych. Rozdziału bieżącej mocy wiatrowej na dwa kierunki 2 GW do sieci dystrybucyjnej, reszta do sieci magazynowych jest dla mnie jasna. Problem pojawia się w zapisach mocy w okresach szczytu podaży energii wiatrowej. Magazynowanie energii w szczytach wymaga urządzeń o mocy 3,2 GW, w okresach odbioru 1,9 GW. Wyraziłam już wcześniej na swoim blogu pogląd, że lepszym i tańszym rozwiązaniem będzie niwelacja wysokich szczytów dostaw energii przez wyłączanie części wiatraków z produkcji energii.