Co to jest dunkelflaute? I jak sobie z nim radzić?

Dunkelflaute: bez słońca, bez wiatru

Nie istnieje na razie kompleksowa, ustandaryzowana definicja dunkelflaute. W ścisłym znaczeniu tego terminu odnosi się on do dłuższych okresów, w których nie świeci słońce ani nie wieje wiatr. Mamy więc ciemność w połączeniu z brakiem wiatru.

Efekt dla zasilania energetycznego jest taki, że ani panele słoneczne, ani turbiny wiatrowe nie są w stanie osiągnąć swojej mocy wytwórczej. Jeśli chodzi o dalsze konsekwencje, dunkelflaute powoduje zauważalny spadek energii elektrycznej dostarczanej do sieci. Stawia to pewne wyzwania przed społeczeństwem, którego celem jest zrównoważone pokrycie zapotrzebowania na energię ze źródeł odnawialnych.

Jak często zdarzają się okresy dunkelflaute i jak długo trwają?

W szczególności w okresie zimowym istnieje większe prawdopodobieństwo, że podaż i popyt na energię elektryczną będą się od siebie znacznie różnić. Zapotrzebowanie na energię w zimnych i ciemnych miesiącach jest wysokie ze względu na dodatkowe ogrzewanie i oświetlenie. Jednocześnie dni są krótsze. W rezultacie zmniejsza się czasowa dostępność światła słonecznego. Jeżeli w dodatku mamy do czynienia ze słabym wiatrem, niemiecka Federalna Agencja Środowiska nazywa taką sytuację „zimnym dunkelflaute”.

Co ciekawe, zgodnie z informacjami urzędu ochrony środowiska „zimne dunkelflaute” występuje w jasno określonym przedziale czasowym. Najczęściej jest to zaledwie dwutygodniowy okres od 23 stycznia do 6 lutego. Wykazały to pomiary przeprowadzone w latach 2006–2016 – a dowodem było wykorzystanie konwencjonalnych elektrowni do pokrycia zwiększonego zapotrzebowania na energię. Według niemieckiego radia Science Media Centre z siedzibą w Kolonii donosiło o trzech dłuższych przerwach w produkcji energii odnawialnej w miesiącach zimowych w latach 2015–2020.

Zasobniki energii na okresy dunkelflaute

Dlaczego przechowywanie jest tak ważne dla skutecznego przeciwdziałania dunkelflaute?

Baterie i akumulatory to jedne z najbardziej znanych form magazynowania energii. Istnieją jednak inne sposoby gromadzenia energii elektrycznej. Wszystkie formy magazynowania opierają się na zasadzie przekształcania formy energii w taki sposób, że staje się ona możliwa do przechowywania, dzięki czemu można ją wykorzystać w dowolnym czasie. Tutaj na przykład lotna energia elektryczna jest przekształcana w energię chemiczną.

Dobrze znanymi tego przykładami są różne formy baterii oraz szeroka dziedzina Power-to-X z elektrolizą wody do wodoru i tlenu. Zasobniki energii mogą również działać w oparciu o energię pozycyjną i kinetyczną – na przykład w postaci elektrowni szczytowo-pompowych, systemów magazynowania sprężonego powietrza lub systemów magazynowania masy z obrotowym kołem zamachowym. Instalacje termiczne, takie jak systemy magazynowania lodu, również stają się coraz ważniejsze w ramach transformacji cieplnej opartej na energii elektrycznej.

Więcej na temat Power-to-X

Turbiny wiatrowe, zasobniki energii i zbiornik gazu o zachodzie słońca

Co mogą nam dać baterie, gdy pojawia się dunkelflaute?

Gdy farmy wiatrowe są połączone z przemysłowym magazynem energii w akumulatorach, instalacje otrzymują funkcjonalne wzmocnienie, które przeciwdziała dunkelflaute. System magazynowania gromadzi wytworzoną energię, która pozostaje, gdy wiatr wieje i wytwarza więcej energii elektrycznej, niż jest potrzebne.

Jeśli wiatr ustanie, energię elektryczną można pobrać z systemu magazynowania. Akumulatory pełnią zatem rolę bufora i są cenne dla stabilności sieci – również poza okresem dunkelflaute. Taka struktura jest szczególnie przydatna w przypadku starszych farm wiatrowych, które nie otrzymują już dotacji państwowych. Ta sama zasada działania dotyczy również systemów fotowoltaicznych. Jeśli uzysk ze światła słonecznego przekracza zapotrzebowanie, jest on magazynowany. Jeśli na niebie pojawią się grube warstwy chmur, magazyn energii zasila sieć w ukierunkowany sposób.

Co ma wspólnego dunkelflaute z zarządzaniem obciążeniem?

Techniczne możliwości ograniczenia wpływu dunkelflaute na bezpieczeństwo zasilania są podobne do tych, na których obecnie koncentruje się zarządzanie budynkami i automatyzacja produkcji w ramach zarządzania obciążeniami szczytowymi (zarządzanie obciążeniem, peak shaving).

Obciążenia szczytowe są kosztowne i obciążają sieć zasilającą. Zasobniki energii mogą być wykorzystywane do redukcji szczytowego zużycia – innymi słowy, do zmniejszania skoków zapotrzebowania na energię. Stąd właśnie wzięło się określenie „zmniejszenie obciążeń szczytowych”. Magazyny energii są zatem dobrym sposobem na stworzenie harmonii w sieci. Całe rozwiązanie staje się jeszcze bardziej efektywne, gdy wytwarzanie i zużycie energii elektrycznej są zharmonizowane poprzez łączenie sektorów energii.

Co daje łączenie sektorów energii w społeczeństwie All Electric Society podczas dunkelflaute?

Poprzez łączenie sektorów energii – np. łączenie ze sobą pod względem energii i technologii danych budynków, zakładów produkcyjnych, systemów magazynowania i systemów PV – można stworzyć efektywną sieć energetyczną. W ten sposób możliwe jest przesunięcie przepływów energii w ramach inteligentnej mikrosieci.

Ścisłe połączenie między konsumentami i producentami energii zapewnia równowagę. Całość można porównać do systemu samopoziomującego. Ponadto łączenie sektorów energii otwiera możliwość sterowania całymi systemami z ich wieloma wzajemnymi powiązaniami i zależnościami. Łączenie sektorów energii jest kluczowym czynnikiem na drodze do All Electric Society – a także skutecznym sposobem walki z dunkelflaute.

Więcej na temat łączenia sektorów energii

Podsumowanie

Dunkelflaute powstaje naturalnie i dlatego nie można mu zapobiec. Badania pokazują, że dłuższe okresy bez słońca i wiatru występują rzadko w ciągu roku. Jednak dzięki inteligentnie połączonym sektorom, cyfrowym sposobom pozyskiwania informacji, a przede wszystkim wykorzystaniu systemów magazynowania energii skutkami dunkelflaute można skutecznie zarządzać przy użyciu standardowych technologii, która są już dziś dostępne.