Cały świat poszukuje dziś energii czystej. Inżynierowie od lat głowią się nad tym, w jaki sposób ją magazynować, by było jak najbardziej wydajnie i przy okazji ekologicznie. Naukowcy nie mają wątpliwości, że od tego trendu nie ma już odwrotu – wkrótce magazynowanie energii będzie powszechne, zmieniając przy okazji koncepcję systemu energetycznego, która zacznie zmierzać w kierunku pełnej decentralizacji. By tak się stało, potrzebne są „tylko” i „aż” wydajne magazyny energii.
Na topie są obecnie magazyny bateryjne (litowo-jonowe), które przechowują energię w sposób elektrochemiczny. I choć wielu naukowców, w tym również polskich, twierdzi, że ten sposób magazynowania energii jest najpopularniejszy, bo tkwi w nim największy potencjał, na szczęście są tacy, którzy postanowili zmierzyć się z tą koncepcją, powiedzieć „sprawdzam” i stworzyć urządzenie, które będzie magazynowało energię inaczej. I wszystko wskazuje na to, że się opłaciło. W Kaletach na Śląsku, w laboratorium firmy Megatech Technology, przy współpracy z Narodowym Centrum Badań i Rozwoju, powstaje magazyn zupełnie innego rodzaju – wydajniejszy i bardziej ekologiczny. Pierwszy na świecie tego typu kinetyczny magazyn energii.
Zaczęło się od lotniska
– Jakiś czas temu dostałem pytanie: „Co zrobić, żeby lotnisko w Afryce mogło pracować całą dobę?”. Lotnisko, które nie miało dostępu do sieci energetycznej i pracowało tylko w dzień dzięki rozwiązaniom fotowoltaicznym. Bardzo możliwe, że pomysł na zastosowanie przekształcenia energii kinetycznej w energię elektryczną pojawił się dzięki temu, że wraz z ekspertami z Politechniki Śląskiej pracowałem wówczas nad silnikami wysokoobrotowymi bezszczotkowymi prądu stałego. Wspólnie zbudowaliśmy silniki mające 60 i 100 tysięcy obrotów na minutę. Zastanawiając się więc nad różnymi wariantami i analizując wszystkie możliwe sposoby, doszedłem do wniosku, że jedynym rozwiązaniem spełniającym wymagania wydajnościowe i ekologiczne dla takiego lotniska, może być kinetyczny magazyn energii – opowiada mgr inż. Zbigniew Gałuszkiewicz, prezes Megatech Technology i koordynator merytoryczny całego projektu.
Tak zrodziła się idea kinetycznego magazynu energii. Czym jest i na jakiej zasadzie to urządzenie działa? Mówiąc najprościej – kinetyczny magazyn energii jest po prostu kołem zamachowym. Jego „sercem” jest silnik, który obracając się, wytwarza energię kinetyczną. Zostaje ona zmagazynowana, a następnie przekształcona w energię elektryczną. Urządzenie zostało tak zaprojektowane, by można nim było dowolnie sterować w celu odzyskania tej energii. – Tak naprawdę mamy do czynienia z trzema urządzeniami w jednym: silnikiem, prądnicą i magazynem energii – uzupełnia mgr inż. Gałuszkiewicz.
– Proszę sobie wyobrazić takiego dziecięcego bączka. Wykonujemy kilka ruchów, dzięki którym ten bączek się rozpędza i przez jakiś czas się kręci. Dokładnie taką ideę wykorzystaliśmy w naszym rozwiązaniu – dodaje prof. dr hab. inż. Krzysztof Krykowski z Politechniki Śląskiej.
Naukowe zespoły badawcze
Przy projekcie firma Megatech Technology współpracuje z zespołami naukowymi dwóch wyższych uczelni technicznych – z Politechniką Śląską i Politechniką Częstochowską. Każdy z tych zespołów prowadzi badania nad własnym zakresem, które uzupełniają całość prac związanych z magazynem. – Politechnika Śląska zajmuje się wytycznymi samego silnika jako elementu wirującego, ponieważ konstrukcja takiego kinetycznego magazynu energii to najprostszy bezszczotkowy silnik prądu stałego. Podstawowymi zagadnieniami, którymi zajmujemy się w ramach projektowania tego generatora, są obliczenia obwodów elektrycznych, magnetycznych i wytrzymałości mechanicznej – mówi dr inż. Janusz Hetmańczyk, ekspert Politechniki Śląskiej.
– Naszym z kolei zadaniem było stworzenie systemu akwizycji danych i sterowania nadrzędnego – tłumaczy dr hab. inż. Sebastian Dudzik, prof. Politechniki Częstochowskiej. – Ten system otwiera całkiem nowe możliwości w zakresie sterowania magazynowaniem energii. Jego dodatkową funkcją jest obsługiwanie sytuacji awaryjnych, takich jak na przykład awaryjne wyłączenie. Obsługa tego typu sytuacji jest oczywiście bardzo ważna ze względu na bezpieczeństwo eksploatacyjne i bezpieczeństwo otoczenia. Chodzi przecież o to, byśmy mogli korzystać z energii bezpiecznie i bardziej efektywnie, co ma duże znaczenie z punktu widzenia ekologii.
A skoro przy ekologii jesteśmy, warto zaznaczyć, że w przeciwieństwie do magazynów elektrochemicznych, to urządzenie jest całkowicie czyste pod względem ekologicznym, gdyż energię magazynuje w postaci kinetycznej, a nie chemicznej. – Wszystkie elementy składowe naszego magazynu możemy ponownie przetworzyć, nie zatruwając środowiska. Nie powstają również żadne odpady w trakcie jego pracy. Nie ma żadnych gazów, żadnej chemii, niczego, co trzeba byłoby składować, utylizować itd. Krótko mówiąc, po zakończeniu żywotności tego urządzenia możemy je zdemontować, przetworzyć i zbudować od nowa. Nie da się tego zagwarantować w przypadku magazynów elektorchemicznych – wylicza prezes Megatech Technology.
Najtańsze rozwiązanie
Co jeszcze odróżnia kinetyczny magazyn energii od magazynów opartych na bateriach? – Wydajność. Według naszych wyliczeń kinetyczny magazyn ma sprawność wynoszącą ok. 90 proc., czyli tyle energii jesteśmy w stanie odzyskać. Jeden z amerykańskich instytutów, który przeprowadził badania urządzenia, twierdzi, że ta wydajność może być jeszcze większa, bo na poziomie 93 proc. Podchodzę do wyników tych badań z pewną ostrożnością, choć wszystkie testy, jakie zostały dotychczas przeprowadzone, zaskakują pozytywnie – dodaje mgr inż. Gałuszkiewicz.
Jak wygląda wydajność w przypadku innego rodzaju magazynów? Tylko nadprzewodzące zasobniki energii są w stanie zbliżyć się do 95-procentowej wydajności. To jednak urządzenia bardzo skomplikowane i wyjątkowo drogie. W sensie praktycznym na dziś nie ma więc opcji budowy dużych magazynów tego typu. Pozostałe rodzaje magazynów nie są w stanie zbliżyć się do tego wyniku. – Koszty budowy kinetycznego magazynu energii nie są małe. Jednak ze wszystkich symulacji, nie tylko naszych, wynika, że jest to jedna z najtańszych form eksploatacji. Jeśli weźmiemy pod uwagę czas eksploatacji i wymianę akumulatorów, czy kondensatorów, to nasz magazyn z całą pewnością jest urządzeniem najtańszym pod względem kosztów przeliczanych na 1 kWh – zaznacza dr inż. Hetmańczyk.
Polski produkt flagowy
Niedawno premier Mateusz Morawiecki przyznał, że warto byłoby pomyśleć nad stworzeniem polskiego samochodu elektrycznego, który mógłby być flagowym polskim produktem. Ciekawy pomysł, tym bardziej że przy takim projekcie występuje wiele zagadnień i urządzeń z mechaniki, elektryki, elektroniki, informatyki, czy energetyki, czyli w jednym miejscu spotyka się kilka dziedzin nauki i gospodarki. Problem z samochodami elektrycznymi polega jednak na tym, że obecnie nie ma urządzeń pozwalających w krótkim czasie w pełni naładować taki samochód. I dopóki takie urządzenie nie pojawi się w masowej produkcji, samochodami elektrycznymi mało kto będzie jeździł. Dziś żeby przejechać tego typu pojazdem na przykład z Gdańska do Krakowa, trzeba dodatkowo doliczyć ponad 2,5 godziny tylko na ładowanie samochodu. Po pierwsze, wciąż mamy bardzo mało ładowarek. Po drugie, czas ładowania jest wyjątkowo długi. Krótko mówiąc, przyszłość samochodów elektrycznych zależy tylko i wyłącznie od magazynów energii. Te kinetyczne mogą być doskonałym rozwiązaniem dla elektromobilności.
– Zastosowań dla kinetycznych magazynów energii jest wiele. Akurat projekt, który powstaje w Kaletach, jest przeznaczony głównie do szybkiego ładowania samochodów elektrycznych. Jego możliwości docelowe będą pozwalały na jednoczesne ładowanie dziesięciu do piętnastu aut naraz, a pełne naładowanie zajmie około pięciu minut. Energii po naładowaniu powinno wystarczyć na przejechanie około 200 km. W porównaniu z infrastrukturą, którą mamy obecnie, nasze rozwiązanie to absolutna rewolucja. Ale łatwo sobie wyobrazić również inne zastosowania dla naszego urządzenia. Odprawienie pociągu ze stacji, ładowanie baterii autobusowych – dwie, trzy minuty na przystanku wystarczą, by potężne ilości energii taki pojazd wrzucił do swojego magazynu. Nasze urządzenie jest tak skonstruowane, że pozwala na krótkotrwałe siedmiokrotne przekroczenie mocy. Gdybyśmy chcieli w dotychczasowych warunkach uzyskać coś takiego, wymagałoby to postawienia potężnych transformatorów, wielkiej linii energetycznej, ogromnej rozdzielni. Warto też dodać, że tego typu magazyn w niektórych zastosowaniach może służyć jako magazyn przenośny, ponieważ da się go zabudować w kontenerze. Można go więc będzie stosować także w miejscu, gdzie potrzeba dużego wsparcia mocy, a w pobliżu nie ma stałego źródła tej mocy. Mam na myśli na przykład miejsce, gdzie trzeba wybudować mobilne centrum dowodzenia dla wojska albo postawić scenę do obsługi jakiejś imprezy masowej – wylicza koordynator merytoryczny projektu.
Obiecujące rokowania
Twórcy tego urządzenia chcą, by w przyszłym roku na bazie technologii, którą opracowali, powstał realny produkt, który będzie miał zastosowanie przemysłowe. – Aktualnie powstają większe wersje tego magazynu. Testujemy je i mogę już zdradzić, że założenia wersji wyjściowej się w nich potwierdzają. Równolegle testujemy i sprawdzamy kilka innych rozwiązań, które mają pozwolić na jeszcze dłuższy czas przechowywania energii, mniejsze straty itp. I jesteśmy na dobrej drodze, bo rokowania są obiecujące. Potrzebujemy jeszcze kilku, może kilkunastu miesięcy, by wszystko dopiąć na ostatni guzik – zaznacza mgr inż. Gałuszkiewicz.
Kinetyczny magazyn energii – jak podkreślają jego twórcy – jest przyszłością i ma zrewolucjonizować świat elektromobilności. Ponieważ został stworzony całkowicie przy współpracy polskich naukowców i polskich uczelni i jest w stu procentach polską technologią, możemy być z niego wyjątkowo dumni.
To, jak wygląda i jak działa, będzie można zobaczyć podczas Kongresu 590 na stoisku firmy Megatech Technology. Serdecznie zapraszamy!
