Hybrydowe systemy energetyczne – czym są instalacje hybrydowe?

Hybrydowe systemy energetyczne to jedno z rozwiązań w energetyce, które służy do optymalizacji procesu produkcji energii elektrycznej. Jaka jest zasada ich działania? Jakie wykorzystują źródła energii? Po co się je tworzy? Czym są instalacje hybrydowe? Zapraszamy do lektury artykułu na ten temat.

Zmiany klimatyczne, nowe regulacje dotyczące ochrony środowiska, nowe możliwości technologiczne i rosnące zapotrzebowanie na energię elektryczną sprawiają, że w energetyce nieustannie trwają poszukiwania nowych rozwiązań, które będą stanowiły odpowiedź na te wyzwania. Jednym z podejść, już stosowanych w praktyce, jest łączenie ze sobą różnych źródeł energii w celu optymalizacji procesu jej produkcji. Takie rozwiązanie, znane jako hybrydowe systemy energetyczne, jest coraz częściej wykorzystywane w ramach OZE.

Hybrydowe systemy energetyczne – definicje

Źródłem definicji hybrydowych systemów energetycznych może być np. ustawa o odnawialnych źródłach energii. W artykule 2., zawierającym definicje, znajduje się rozwinięcie pojęcia „hybrydowa instalacja odnawialnego źródła energii”. Zgodnie z zapisami ustawy jest to:

„wyodrębniony zespół urządzeń opisanych przez dane techniczne i handlowe, w którym stopień wykorzystania mocy zainstalowanej elektrycznej w ciągu roku stanowi stosunek ilości MWh wytworzonej energii elektrycznej na każdy MW mocy przyłączeniowej, przyłączonych do sieci elektroenergetycznej w jednym miejscu przyłączenia, wytwarzający energię elektryczną w tych urządzeniach wyłącznie z odnawialnych źródeł energii różniących się rodzajem oraz charakterystyką dyspozycyjności wytwarzanej energii elektrycznej, oraz spełniający następujące warunki:

• żadne z urządzeń wytwórczych nie ma mocy zainstalowanej elektrycznej większej niż 80% łącznej mocy zainstalowanej elektrycznej tego zespołu
• wyprowadzenie mocy z urządzeń wchodzących w skład tego zespołu do sieci elektroenergetycznej następuje przez urządzenie łączące ten zespół z siecią elektroenergetyczną, służące do transformacji energii do warunków niezbędnych do jej wprowadzenia do tej sieci
• zespół ten obejmuje magazyn energii służący do magazynowania energii elektrycznej pochodzącej z urządzeń wytwórczych wchodzących w skład tego zespołu, przy czym udział energii pochodzącej z tych urządzeń wprowadzonej do sieci elektroenergetycznej za pośrednictwem magazynu energii elektrycznej w łącznym wolumenie energii wprowadzonej do sieci elektroenergetycznej wynosi nie mniej niż 5% na rok, do czego nie wlicza się energii elektrycznej pobranej z sieci.”

Instalacje hybrydowe w praktyce

Analizując przytoczoną powyżej definicję, widać, że odnosi się ona do OZE, a zatem mówi o łączeniu różnych źródeł czystej energii, jak np. fotowoltaika i turbiny wiatrowe czy fotowoltaika i pompa ciepła OZE. Celem tworzenia instalacji hybrydowych jest przede wszystkim synergia, polegająca na tym, że różne źródła wytwarzania energii wzajemnie się uzupełniają, eliminując lub niwelując wady poszczególnych rozwiązań. Wspomniany przykład fotowoltaiki i energetyki wiatrowej może dobrze zobrazować, na czym polegają instalacje hybrydowe. Mogą one pracować równocześnie, a także można programować pracę obu rodzajów instalacji w taki sposób, by fotowoltaika produkowała więcej energii w okresach bezwietrznych, a turbiny wiatrowe wspomagały ją w okresie słabszego nasłonecznienia.

Korzyści z zastosowania takich rozwiązań są bardzo szerokie. Z jednej strony, fotowoltaika hybrydowa jest bardziej niezawodnym i pewniejszym źródłem energii z perspektywy odbiorcy – ma większy potencjał wytwarzania energii niż pojedyncze źródło i umożliwia jej produkcję w zróżnicowanych warunkach. Z drugiej strony, warto zwrócić uwagę na korzyści, jakie instalacje hybrydowe niosą ze sobą dla środowiska naturalnego. Ich zastosowanie pozwala zmniejszać zależność od paliw kopalnych, co przyczynia się do redukcji emisji gazów cieplarnianych.

Fotowoltaiczne instalacje hybrydowe a magazynowanie energii

Sam montaż paneli fotowoltaicznych i budowa turbiny wiatrowej nie wystarczą do stworzenia instalacji hybrydowej w myśl ustawy o odnawialnych źródłach energii. Kluczowym elementem są także systemy magazynowania energii oraz podłączenie do sieci elektroenergetycznej. Rola magazynu energii polega przede wszystkim na zwiększaniu elastyczności całego systemu i równoważeniu niestabilności procesu produkcji energii z odnawialnych źródeł. Systemy magazynowania energii przechodzą okres dynamicznego rozwoju za sprawą coraz nowocześniejszych i sprawniejszych ogniw i stanowią istotny element z punktu widzenia zarządzania procesem produkcji i dystrybucji energii.

Ponadto, magazyn energii stanowi ważny punkt w kontekście integracji systemu hybrydowego z siecią elektroenergetyczną. Chociaż w praktyce każde rozwiązanie stosujące zróżnicowane źródła wytwarzania energii można uznać za system hybrydowy, to w myśl definicji ustawowej, instalacja fotowoltaiczna off-grid połączona z innym źródłem energii, np. turbiną wiatrową, która wykorzystuje tylko akumulatory i nie jest połączona z siecią, nie spełnia przesłanki, by móc uznać ją za hybrydową instalację odnawialnych źródeł energii. W tym celu konieczne jest zintegrowanie instalacji z siecią poprzez specjalistyczne transformatory do fotowoltaiki, które są urządzeniami wykorzystywanymi w procesie przekształcania energii elektrycznej generowanej przez panele fotowoltaiczne na formę, która może być przesyłana do sieci energetycznej.

Hybrydowe systemy energetyczne – podsumowanie

Szersze wykorzystanie rozwiązań hybrydowych stanowi jedną z odpowiedzi na wyzwania, z jakimi mierzy się sektor energetyczny. Hybrydowe systemy energetyczne wykorzystują potencjał różnych źródeł energii odnawialnej, a poprzez zastosowanie magazynów energii i połączenie z siecią elektroenergetyczną, są rozwiązaniem elastycznym, stabilnym i zapewniającym ciągłość dostaw. Wyższa wydajność, ograniczenie negatywnego wpływu na środowisko naturalne, większa niezależność energetyczna – to tylko kilka z długiej listy argumentów przemawiających za dalszym rozwojem instalacji hybrydowych.