Trudność produkcji energii dokładnie na miarę potrzeb
Główne źródło trudności, którą omawiam, wiąże się z faktem, że zarówno ilość produkowanej energii, jak i jej zużycie stale się zmieniają. Ideałem jest sytuacja, gdy produkujemy tyle energii, ile w danym momencie klienci wykorzystają. Ale ten ideał bardzo trudno osiągnąć, bo mimo naukowych metod prognozowania zapotrzebowania na energię (sam się tym zajmowałem przy użyciu sieci neuronowych) – rzeczywistość często rozmija się z oczekiwaniami. Szczególnie trudna sytuacja powstaje, gdy potrzeby przewyższą produkcję. Trzeba wtedy wyłączać niektórych odbiorców, co jest nieprzyjemne i wiąże się ze stratami ekonomicznymi. Dlatego energii produkuje się zawsze trochę więcej, niż przewidywane zapotrzebowanie.
Ale jeśli klienci tej nadwyżki energii nie kupią – to pojawia się problem. W przypadku innych towarów można nadmiar zmagazynować i sprzedać w momencie, gdy ponownie popyt przewyższy podaż. W przypadku energii elektrycznej magazynowanie jest bardzo trudne.
Fluktuacje podaży energii elektrycznej w energetyce źródeł odnawialnych
Problem magazynowania nadwyżek produkowanej energii pojawia się w „dużej” energetyce, gdzie dostawcami prądu są duże elektrownie, a odbiorcami całe miasta albo duże fabryki. Ale problem ten występuje także w przypadku modnych ostatnio źródeł energii odnawialnej. Nastawiamy się na to, żeby tę „zieloną” energetykę rozwijać, organizując między innymi sieci tak zwanych prosumentów, to znaczy uczestników rynku energetycznego, którzy pełnią zarówno rolę producentów (stąd „pro”) jak i konsumentów energii elektrycznej. Zwykle są to właściciele farm baterii słonecznych (ogniw fotowoltaicznych) jak i właściciele energetycznych wiatraków. O tych źródłach energii można mówić dobrze i źle. Ogniwa słoneczne albo wiatraki nie zużywają wprawdzie coraz kosztowniejszych surowców energetycznych (węgla, ropy, gazu) ale są zależne od kaprysów pogody – stopnia nasłonecznienia albo siły wiatru. Na pogodę nie mamy wpływu, więc często bywa tak, że raz produkowanej energii jest za dużo, a innym razem potrzebujemy zasilania, a tu słońce nie świeci, wiatr nie wieje... I tu znowu pojawia się problem magazynowania energii. Chcemy ją gromadzić, gdy jest w nadmiarze (w słoneczne południe) a odzyskiwać, gdy jej brakuje (nocą). Ale jak i gdzie ją gromadzić?
Akumulatory nie rozwiążą problemu
Rozwiązanie, które przychodzi w tym momencie do głowy laikowi, polega na zastosowaniu akumulatorów. Wiadomo, że służą one do magazynowania energii elektrycznej, na przykład w samochodach. Ale przy obecnym stanie techniki to nie wystarcza, bo osiągalne obecnie pojemności akumulatorów są zbyt małe. Niemniej pracuje się intensywnie nad ich powiększeniem. Instytucja BNEF (Bloomberg New Energy Finance), zajmująca się tą problematyką przewiduje, że oparte na akumulatorach magazyny energii, których pojemność w 2018 roku szacowano na 17 GWh, w 2040 roku osiągną pojemność 2850 GWh, czyli zanotują stukrotny wzrost! Żeby osiągnąć ten cel BNEF zamierza wydatkować astronomiczną kwotę 660 mld USD!
Może wytwarzać wodór?
Podejmowane są próby magazynowania energii w formie chemicznej. Działa to tak: prąd elektryczny rozkłada wodę na tlen i wodór. Ten ostatni jest znakomitym paliwem, mającym najlepszy stosunek ilości energii dostarczanej podczas spalania do ciężaru paliwa, dlatego chętnie jest wykorzystywany jako paliwo rakietowe. Jednak w zastosowaniach codziennych wodór jest mniej praktyczny – łatwo ucieka ze zbiorników (ma najmniejsze cząsteczki ze wszystkich istniejących substancji!), a po zetknięciu z powietrzem tworzy mieszaninę wybuchową o ogromnej sile. Dlatego po elektrycznym wytworzeniu wodoru uruchamia się kolejny proces (też napędzany elektrycznie) zamiany wodoru w metan. Metan jest gazem dobrze znanym, używamy go w domowych piecach gazowych oraz w samochodach, a można go także użyć w elektrowniach, żeby w momentach deficytu energii wytworzyć dodatkowy prąd.