În contextul evoluției rapide a sectorului energetic și al creșterii ponderii surselor regenerabile, România se află în fața unei provocări majore: asigurarea unui sistem energetic stabil, flexibil și sustenabil. Nevoia de stocare a energiei devine esențială, însă soluția nu poate fi redusă la o singură tehnologie de stocare. Un mixt diversificat de tehnologii de stocare este crucial pentru a face față variabilității structurilor producției și cererii de energie, garantând astfel securitatea și serviciul de alimentare cu energie electrică.
Stocarea energiei este vitală pentru integrarea surselor regenerabile, precum energia eoliană și solară, în rețea. Aceste surse sunt caracterizate de intermitență și variații imprevizibile, ceea ce creează dificultăți în menținerea unui echilibru constant între producție și consum. În acest context, un mixt de tehnologii de stocare poate răspunde în mod eficient acestor provocări. Fiecare tehnologie de stocare are punctele sale forte și poate acoperi diferite aspecte ale necesităților sistemului energetic.
Stocarea energiei se poate realiza prin mai multe tehnologii dar in acest articol vom aborda trei mari categorii: centrale hidroelectrice cu acumulare prin pompare (CHEAP), baterii și hidrogen. Fiecare tehnologie vine cu propriile avantaje și dezavantaje.
1. Tehnologii de stocare a energiei
1.1. Centrale Hidroelectrice cu Acumulare prin Pompare (CHEAP)
Avantajele includ eficiența energetică ridicată, aceste sisteme având o eficiență care ajunge la 90% și pot stoca mari cantități de energie pentru perioade lungi. Un al doilea avantaj este durata de viață lungă, centralele cu acumulare prin pompare având o durată de viață de până la 50 de ani sau mai mult, iar acestea pot fi retehnologizate, crescând și mai mult perioada de utilizare care poate depăși și 100 de ani, fiind o tehnologie matură. Un alt avantaj este capacitatea mare de stocare, acestea pot stoca cantități uriașe de energie, fiind ideale pentru echilibrarea rețelei la nivel național și regional. Dezavantajele includ costurile inițiale mari, investițiile necesare pentru construirea unor astfel de centrale fiind foarte ridicate, dar și dependența de topografie, aceste centrale fiind fezabile doar în anumite condiții geografice, necesitând o infrastructură specifică.
1.2. Bateriile de stoacare a energiei
Un prim avantaj al bateriilor este densitatea energetică ridicată, în special cele Li-ion au o densitate energetică mare, permițând stocarea unor cantități mari de energie într-un volum relativ mic. Un al doilea avantaj este reacția rapidă, bateriile putând răspunde aproape instantaneu la variațiile cererii și ofertei. Un ultim avantaj este modularitatea, acestea putând fi instalate la scară mică sau mare și fiind potrivite pentru diverse aplicații, putând fi mutate în funcție de necesități. Ca și dezavantaje enumerăm durată de viață limitată, performanța lor scăzând în timp, necesitând înlocuiri periodice, dar și problemele de reciclare, unde managementul deșeurilor și reciclarea bateriilor reprezentă provocări semnificative din punct de vedere ecologic.
1.3. Hidrogen
Unul dintre avantajele hidrogenului este versatilitatea, acesta putând fi utilizat în multiple aplicații, de la generarea de energie electrică la utilizarea ca un combustibil pentru transporturi. Alt avantaj este posibilitatea de a fi stocat pentru perioade foarte lungi fără pierderi semnificative. Iar în ultimul rând, hidrogenul poate fi sustenabil, hidrogenul verde fiind produs prin electroliza apei utilizând energie din surse regenerabile, oferind o soluție ecologică. Dezavantajele includ costurile ridicate, producția de hidrogen fiind încă foarte costisitoare comparativ cu alte forme de stocare iar tehnologia este încă în dezvoltare. La acestea se adaugă necesitățile de infrastructură, hidrogenul necesitând o infrastructură specifică pentru producție, transport și stocare care nu este încă dezvoltată pe scară largă. Un ultim dezavantaj este eficiența scăzută, conversia energiei electrice în hidrogen și apoi înapoi în energie electrică implicând pierderi semnificative de energie.
2. Rolul unitatilor de stocare a energiei pentru reteaua energetica
2.1. Flexibilitatea și Arbitrajul Energiei
Sistemele de stocare a energiei adaugă un nivel important de flexibilitate rețelei energetice. Ele permit operatorilor să stocheze excesul de energie produs în perioadele de cerere scăzută și să o elibereze atunci când cererea este mare. Acest lucru este esențial în contextul energiei din surse regenerabile, care sunt intermitente și nu pot fi controlate în mod direct. Stocarea energiei permite compensarea acestor fluctuații și menținerea unui echilibru constant în rețea.
Stocarea energiei permite și arbitrajul acesteia, adică cumpărarea de energie atunci când prețurile sunt scăzute și vânzarea acesteia când prețurile sunt ridicate. Această strategie nu doar că optimizează costurile pentru operatorii de rețea, dar și ajută la echilibrarea cererii și ofertei în rețea, contribuind la stabilitatea pieței energetice.
2.2. Reglajul Frecvenței
Reglajul frecvenței este vital pentru menținerea stabilității sistemului energetic. Rețeaua trebuie să opereze la o frecvență constantă de 50 Hz, iar orice deviație semnificativă de la această frecvență poate duce la instabilitate și, în cazuri extreme, la blackout.
Sistemele de stocare a energiei oferă un răspuns la modificările bruște ale cererii sau ofertei de energie electrică și ajută la stabilizarea frecvenței sistemului în limite acceptabile. Un sistem este în echilibru dacă frecvența este de 50 Hz, când consumul de energie este prea mare, frecvența scade (energie de echilibrare pozitivă), iar când este prea multă energie, frecvența crește (energie de echilibrare negativă).
De ce este nevoie de aceste tehnologii care sunt complementare?
Centralele convenționale, în special cele hidroelectrice, sunt preferate pentru serviciile de reglare a frecvenței datorită inerției lor naturale. Inerția se referă la capacitatea fizică a generatoarelor rotative mari de a rezista schimbărilor rapide în frecvență. Aceasta oferă o stabilitate inerentă și o amortizare a fluctuațiilor frecvenței, permițând rețelei să absoarbă și să amortizeze perturbările.
În contrast, bateriile, în special cele de tip Li-ion, au o viteză de reacție extrem de rapidă. Ele pot detecta și răspunde la schimbările de frecvență în milisecunde, oferind un reglaj precis și rapid. Această capacitate de reacție este crucială pentru corectarea imediată a deviațiilor de frecvență și pentru susținerea stabilității rețelei în timp real.
Un mixt de tehnologii de stocare nu doar că optimizează utilizarea resurselor disponibile, dar și reduce riscul de dependență de o singură tehnologie. Această diversitate funcțională permite operatorilor de rețea să gestioneze mai eficient diverse scenarii de cerere și ofertă, utilizând resursele cele mai potrivite pentru fiecare situație specifică. În plus, prin combinarea avantajelor fiecărei tehnologii, sistemul energetic devine mai rezilient și mai capabil să facă față eventualelor perturbări sau defecțiuni. Pe lângă beneficiile tehnice, un mixt de tehnologii de stocare facilitează optimizarea costurilor pe termen lung. Investițiile pot fi direcționate către tehnologiile cele mai eficiente pentru fiecare tip de aplicație, asigurând astfel o gestionare financiară sustenabilă a resurselor energetice.
În concluzie, România are nevoie de un mixt diversificat de tehnologii de stocare a energiei pentru a asigura un sistem energetic stabil și sustenabil. Prin adoptarea unui astfel de mixt, țara poate valorifica pe deplin potențialul surselor regenerabile, poate răspunde în mod eficient provocărilor legate de variabilitatea producției și cererii și poate asigura o alimentare continuă și sigură cu energie pentru toți consumatorii. Această abordare holistică este esențială pentru a garanta un viitor energetic robust și sustenabil.
Articol publicat în Mesagerul Energetic nr. 235, Iulie-August 2024, Buletin informativ al Comitetului Național Român al Consiliului Mondial al Energiei (CNR-CME), pag 30-31.
Autor: Olivian Savin, Manager Marketing si Comunicare FEL, Doctor Inginer in Energie.