17.09.2021

„Gdzie gromadzić energię z fotowoltaiki?” – felieton


Skrócona wersja poniższego felietonu autorstwa prof. Ryszarda Tadeusiewicza została opublikowana w „Dzienniku Polskim” oraz „Gazecie Krakowskiej” 17.9.2021 r.

Polityka dotacji i różnych preferencji (niestety – ostatnio dość mocno ograniczanych...) prowadzi do tego, że na dachach i w ogrodach wielu prywatnych domów pojawiły się charakterystyczne czarne panele, przekształcające energię promieniowania słonecznego na prąd elektryczny. Takie same panele fotowoltaiczne (przyzwyczajamy się już do tego trudnego słowa!) odnajdujemy na dachach różnych firm, magazynów, hal fabrycznych.

Przypomnę, że najwcześniej takie panele pojawiły się na AGH, gdzie badania możliwości pozyskiwania energii elektrycznej z baterii słonecznych podjął jeszcze w latach 80. prof. Jerzy Chojnacki, który przywiózł fascynację tym tematem z kilkuletniego naukowego wyjazdu do Algierii. W 1990 roku recenzowałem jego rozprawę habilitacyjną na temat systemu automatyki optymalizującego pozyskiwanie energii słonecznej przez odpowiednie ustawianie paneli fotowoltaicznych w stosunku do miejsca na niebie, z którego nadchodzi największa ilość energii. Co ciekawe – przy zachmurzonym niebie nie zawsze jest to miejsce, gdzie za chmurami kryje się słońce, tylko na przykład punkt, gdzie powłoka chmur jest cieńsza. Na bazie tych prac prof. Chojnackiego powstał na AGH „sztuczny słonecznik” - duży panel fotowoltaiczny automatycznie śledzący z ruchem słońca. Długo stał on na parkingu za pawilonem C3, bo tam mieściło się Laboratorium Fotowoltaiki kierowanej wtedy przeze mnie Katedry Automatyki, a obecnie instalacja ta została przeniesiona i można ją obejrzeć obok pawilonu B1.

Muszę podkreślić, że w latach 80. i 90. było to dzieło pionierskie!

Aktualnie tematykę fotowoltaiki rozwija na AGH wychowanek i następca prof. Chojnackiego, dr inż. Janusz Teneta, jeden z najlepszych polskich ekspertów w tej dziedzinie.

Obecnie ogniwa fotowoltaiczne są nie tylko w naukowych laboratoriach, ale na dachach prywatnych domów i firm. To bardzo dobrze. W interesie nas wszystkich jest to, by jak najwięcej energii pozyskiwać z tak zwanych źródeł odnawialnych: słońce, wiatr, woda...

Problem polega jednak na tym, że Przyroda dostarcza nam energii nie wtedy, gdy jej najbardziej potrzebujemy. Wiatrakami nie będę się tu zajmował, chociaż one także działają wtedy, jak wieje odpowiedni wiatr (nie za słaby i nie za silny), a nie wtedy, jak potrzebujemy prądu. Ale najbardziej dobitnym przykładem niedopasowania możliwości do potrzeb są ogniwa słoneczne. Działają one świetnie, gdy mocno świeci słońce. Jednak wtedy nie włączamy w domach oświetlenia, rzadko potrzebujemy elektrycznych grzejników, nawet telewizję oglądamy w ograniczonym stopniu. Natomiast przychodzi wieczór, zapalamy lampy, włączamy telewizor, grzejemy przysmaki w mikrofalówce – a nasze ogniwa słoneczne energii nie dają...

W coraz większym stopniu potrzebujemy więc – głównie w skali kraju, a nie w skali pojedynczego domu bo to dla prywatnego inwestora za drogo – dużych magazynów energii, które by ją gromadziły, gdy jest w nadmiarze, i dostarczały, gdy jest potrzebna. Przy obecnej technologii akumulatory nie są tu wystarczającym rozwiązaniem.

Temat ten poruszałem już w moich felietonach. W dniu 19.8.2020 opisałem tak zwane elektrownie szczytowo-pompowe, które magazynują nadmiar energii pompując wodę z nisko położonego zbiornika (na przykład z zalewu stworzonego przez zbudowanie zapory na rzece) do wysoko położonego sztucznego jeziora. W tym górnym zbiorniku można zgromadzić ogromne ilości wody, a więc też i ogromne ilości energii. Gdy energia w sieci brakuje może być ona odzyskana. Wodę z jeziora spuszcza się do dolnego zbiornika przez turbiny, jak w elektrowni wodnej, a wyprodukowany prąc zasila sieć energetyczną.

Rozwiązanie to jest bardzo efektywne, ale niewiele jest miejsc, gdzie na szczycie góry można zbudować sztuczne jezioro, a ponadto jest to bardzo kosztowne.

W następnym felietonie, opublikowanym 26.08.2020, opisałem koncepcję odwrotną. Otóż Niemcy, mający wiele bardzo głębokich nieczynnych kopalni, w których w sposób naturalny gromadzi się woda, wymyślili, że można tę wodę odpompować na powierzchnię, tam zgromadzić w zbiorniku w pobliżu szybu, a gdy potrzebny jest „zastrzyk” energii – wodę spuszcza się z powrotem do kopalni poprzez turbiny produkujące prąd.

Ale takich kopalni też jest niewiele.

Dlatego z zainteresowaniem przeczytałem, że Szwajcarzy wymyślili nowy sposób magazynowania energii, który może być zastosowany w dowolnym miejscu i który nie wymaga użycia coraz bardziej deficytowej wody. Firma Energy Vault zaproponowała rozwiązanie bazujące na ogromnym dźwigu (120 m wysokości!). Dźwig ten w warunkach występowania nadmiaru energii (pracują ogniwa fotowoltaiczne lub wiatraki) podnosi z ziemi specjalnie wykonane ciężkie (35 ton!) bloki betonowe i ustawiając je (bardzo precyzyjnie!) jeden na drugim - tworzy wokół siebie wysoką (ponad 100 m!) wieżę.

Gdy energii brakuje i jest potrzebna rezerwa – dźwig zdejmuje po kolei betonowe bloki ze szczytu wieży i opuszczając je na ziemię odzyskuje zgromadzoną w nich energię. Jest to technicznie dość łatwe, ponieważ te same maszyny elektryczne, które wciągając bloki na górę pracowały jako silniki, teraz pracują jako prądnice. Oczywiście przy tym wszystkim potrzebne jest bardzo precyzyjne sterowanie, żeby wieża się nie przewróciła i żeby na ziemi bloki były ułożone w sposób zajmujący jak najmniej miejsca – ale rozwiązanie to ma tę ogromną zaletę, że taki dźwig może być postawiony w dowolnym pustym miejscu, a beton jest ponad dwukrotnie cięższy od wody, więc pozwala gromadzić więcej energii w tej samej objętości.

Opisana metoda gromadzenia energii ma charakter eksperymentalny, więc nie są jeszcze znane jej wszystkie zalety, ale także możliwe wady. Niemniej warto śledzić dalsze losy tego wynalazku, bo może się on okazać cennym uzupełnieniem dla coraz bardziej popularnej (także i u nas) fotowoltaiki.

 

 

Wykaz wszystkich publikacji popularnonaukowych prof. Tadeusiewicza wraz z odnośnikami do ich pełnych wersji