Najważniejsze parametry magazynów energii o mocy od 100 kW dla firmy

Magazyny energii elektrycznej stają się stałym elementem zarówno życia codziennego, jak i biznesów coraz liczniejszej grupy Polaków. W 2024 roku w instalacjach domowych (20 kW lub mniejszych) zostały zainstalowane magazyny energii o łącznej mocy 1317 kW, zaś w instalacjach komercyjnych – o łącznej mocy 2792 kW. Według prognoz EUPD Research i Polskiego Stowarzyszenia Magazynowania Energii (PSME) w latach 2026–2028 w Polsce będziemy doświadczać prawdziwego boomu wykorzystania technologii magazynowania energii, a ich rynek, w zależności od źródła prognoz, będzie rósł w tym okresie z dynamiką od 34% do 293% r/r. Największy wzrost skumulowanej pojemności systemów magazynowania energii w naszym kraju przypadnie na dwa najbliższe lata. W związku z coraz większą popularnością i zainteresowaniem sektora biznesowego magazynami energii w technologii LFP w niniejszym artykule podpowiadamy Państwu, na co należy zwrócić szczególną uwagę przy wyborze optymalnego rozwiązania dla swojej firmy.

Sprawność systemu

Dwa najważniejsze elementy systemów magazynowania energii (ESS) to: (1) magazyn energii składający się przede wszystkim z ogniw bateryjnych, w których akumulowana jest energia o określonej pojemności wyrażonej w Wh (watogodzinach), oraz (2) PCS (falownik dwukierunkowy), który decyduje o mocy ładowania i rozładowania magazynu energii wyrażonej w W (watach). Głównie od tego drugiego zależy efektywność całego ESS typu all‑in‑one. Jest to kluczowy parametr decydujący o opłacalności wykorzystania tej technologii w przedsiębiorstwie.

Przykładowo system magazynowania energii o efektywności 88% (standard na polskim rynku) pozwoli wykorzystać 88 kWh energii elektrycznej ze 100 kWh zużytych na ładowanie/rozładowanie. Jeżeli porównamy ESS z taką efektywnością do rozwiązania S³‑EStore marki Kehua (jednego z największych producentów falowników i UPS‑ów na świecie), w którym ten parametr ma wartość 90,2%, to z łatwością możemy obliczyć, że na każdych 100 kWh zużytych na ładowanie i rozładowanie magazynu energii oszczędzimy 2,2 kWh. Biorąc pod uwagę, że cykl życia tego modelu, według informacji producenta, wyniesie przynajmniej 1 300 000 kWh, to dzięki wyższej efektywności oszczędzimy łącznie już 28 600 kWh. Przeliczając ten wynik na złotówki i przyjmując cenę energii elektrycznej (energii czynnej plus dystrybucji energii) na poziomie 0,9 zł/kWh netto, otrzymamy oszczędność o wartości 25 740 zł netto w okresie minimalnej trwałości produktu (nie uwzględniając inflacji/wzrostu cen energii elektrycznej).

Technologia ogniw bateryjnych

W większości najpopularniejszych systemów magazynowania energii typu all‑in‑one zastosowane są pryzmatyczne ogniwa bateryjne wykonane w technologii LFP (litowo‑żelazowo‑fosforanowej). Zasadnicza jest jednak gęstość akumulacji energii wyrażona w Wh/kg (liczbie watogodzin na kilogram), którą często można pośrednio ocenić po pojemności pojedynczego ogniwa. Z tej wartości można również wnioskować o technologii wykonania baterii. W starszych magazynach energii wykorzystywane były ogniwa o pojemności do 245 Ah i gęstości poniżej 160 Wh/kg, do niedawna standardem była pojemność 280 Ah i gęstość około 165 Wh/kg, zaś najnowsze rozwiązania mają pojemność przynajmniej 304 Ah i gęstość powyżej 175 Wh/kg.

Dla nabywcy systemu magazynowania energii najważniejsza jest informacja, że im nowsza jest technologia wykonania ogniw bateryjnych, tym ich żywotność jest dłuższa. Na przykład cykl życia dwugodzinnych magazynów energii z bateriami 280 Ah, przy głębokości rozładowania do 80% i temperaturze 25 st. C, jest określany przez producentów najczęściej na poziomie 6000 cykli ładowania i rozładowania, zaś z bateriami 314 Ah – odpowiednio 7000-8000 cykli, i to przy nawet większej głębokości rozładowania wynoszącej 90%.

Zatem ESS z ogniwami o gęstości energii powyżej 175 Wh/kg może posłużyć swojemu właścicielowi nawet do 50% dłużej względem rozwiązania z bateriami 280 Ah. Ze starszymi technologiami nie ma nawet sensu porównywać — to już totalna deklasacja.

Układ chłodzenia

Zgodnie z powyższymi informacjami producenci ogniw bateryjnych uzależniają liczbę cykli ładowania i rozładowania w okresie życia produktu od temperatury. W celu osiągnięcia najdłuższej trwałości baterii należy zachować temperaturę ich najbliższego otoczenia na poziomie 25 st. C. Każde odchylenie w górę lub w dół powoduje zmianę szybkości degradacji pojemności. Bardzo ważne jest utrzymanie możliwie najbardziej zbliżonej temperatury wszystkich baterii, aby zapewnić ich równomierną degradację, co jest niezwykle problematyczne przy chłodzeniu powietrzem. Dlatego w większości zaawansowanych technologicznie magazynów energii stosowane jest chłodzenie cieczą, dzięki któremu utrzymywana jest równomierna temperatura i wilgotność na wszystkich pakietach bateryjnych, co pozytywnie i znacząco wpływa na okres trwałości ogniw.

Gwarancja

Dla systemów magazynowania energii udzielane są dwa rodzaje gwarancji: gwarancja na produkt oraz gwarancja na pojemność w cyklu życia. Pierwsza z nich jest bardziej ogólna, gdyż dotyczy działania poszczególnych podzespołów ESS i wynosi najczęściej od 3 do 5 lat, z opcją przedłużenia nawet do 10 lat. Kluczowa natomiast jest data produkcji, gdyż najczęściej od niej liczony jest okres gwarancji.

Zagwarantowana pojemność użyteczna w cyklu życia jest już znacznie bardziej zróżnicowana, tak pod względem wartości wyrażonej w kWh, jak i kryteriów, jakie musi spełnić użytkownik systemu magazynowania energii. Dlatego zalecam przeprowadzenie szczególnej analizy warunków gwarancji rozważanego modelu ESS.

Producent

Powyżej pisałem, że gwarancje na produkt i na pojemność baterii mogą być wydane na okres nawet 10 lat, jednakże zasadniczą kwestią decydującą o tym, czy będziemy mogli skorzystać z takich gwarancji, będzie to, czy producent zakupionego ESS będzie istniał do końca tego okresu. „Producenci” (w cudzysłowie, gdyż wiele firm samozwańczo dodaje sobie taką etykietę, a w praktyce takie podmioty należałoby nazywać montowniami lub nawet sprzedawcami OEM) wyrastają w ostatnich latach na całym świecie jak przysłowiowe grzyby po deszczu. Dlatego na rynku magazynów energii coraz trudniej odróżnić ziarno od plew, a zły wybór może oznaczać, że uzyskaliśmy gwarancję tylko „na papierze”.

Aby uchronić się przed zakupem produktu o wątpliwym pochodzeniu, możemy np. prześledzić historię firmy, informacje o zakładach produkcyjnych lub zamówić raport w wywiadowni gospodarczej. W tym kontekście z pomocą przychodzi nam również Bloomberg New Energy Finance, który m.in. tworzy ranking najbardziej wiarygodnych finansowo producentów magazynów energii. Tych o najwyższej stabilności zalicza do rankingu Tier 1.

Znacząca jest również informacja, kto wyprodukował ogniwa bateryjne wykorzystane w ESS. Najwięksi producenci na świecie dysponują najnowocześniejszymi liniami produkcyjnymi. To oni są końcowymi gwarantami liczby cykli i łącznej pojemności użytecznej w okresie życia baterii.

Certyfikacja

System magazynowania energii, który chcemy wykorzystać w obiekcie przyłączonym do sieci elektroenergetycznej, musi posiadać pełną certyfikację na polski rynek. Niestety do tego celu nie wystarczą dokumenty potwierdzające spełnienie obowiązków wynikających z dyrektyw Unii Europejskiej, w tym deklaracja zgodności CE. Zakład energetyczny przed wydaniem warunków przyłączeniowych będzie wymagał od nabywcy magazynu energii przedstawienia dokumentów potwierdzających spełnienie wymogów polskich norm branżowych i rozporządzenia NC RfG. Publicznie dostępny wykaz urządzeń spełniających kryteria Operatorów Systemów Dystrybucyjnych (OSD) prowadzi Polskie Towarzystwo Przesyłu i Rozdziału Energii Elektrycznej (PTPiREE).

Dlatego zalecałbym rodakom zachować ostrożność co do ich zapewnień o pełnej certyfikacji, gdyż sam na targach branżowych w Nadarzynie oraz na ENEX w Kielcach otrzymałem takie obietnice od wielu „producentów” systemów magazynowania energii, a w wielu przypadkach okazało się, że pełnej certyfikacji nie było. Co ciekawsze, według słów lub e‑maili sprzedawców brakujące dokumenty miały już „za chwilę” być wydane, ale w większości przypadków nie otrzymałem ich do chwili pisania tego artykułu.

Bezpieczeństwo

Bardzo ważnym aspektem są również zastosowane systemy bezpieczeństwa oraz stopnie ochrony poszczególnych elementów układu. Przy wyborze systemu magazynowania energii powinniśmy sprawdzić, czy dane urządzenie przeznaczone jest do montażu na zewnątrz, czy tylko wewnątrz budynku, o czym informuje nas stopień ochrony IP. W związku z koniecznością zapewnienia intensywnej wymiany powietrza i nieprecyzyjnymi przepisami przeciwpożarowymi montaż ESS w budynku może okazać się co najmniej problematyczny.

Na temat systemów bezpieczeństwa można napisać oddzielny artykuł – w tym opracowaniu ograniczę się do, moim zdaniem, najważniejszych, do których zaliczam: monitoring pracy z wysyłką alertów w przypadku wykrycia anomalii na poziomie każdego elementu ESS; szczelne obudowanie ogniw bateryjnych; ochronę przeciwwybuchową; system gaszenia (np. aerosolem).

Zasilanie awaryjne

Systemy magazynowania energii typu all‑in‑one w większości przypadków nie zapewniają funkcji zasilania awaryjnego bez dodatkowych akcesoriów. Aby przełączyć ESS na pracę wyspową (niezależną od sieci elektroenergetycznej), będziemy potrzebowali przynajmniej przełącznika statycznego (Static Transfer Switch), który automatycznie przełącza źródła energii elektrycznej w przypadku zaniku napięcia w źródle docelowym. Wyposażony w STS system magazynowania energii, dzięki znacznie krótszemu czasowi przełączenia niż w przypadku agregatu prądotwórczego, może z powodzeniem zastąpić lub uzupełnić system zasilania awaryjnego przedsiębiorstwa. Musimy jednak pamiętać, że pojemność użyteczna magazynu energii będzie decydującym parametrem – to ona odpowie na pytanie, jak długo ESS utrzyma zasilanie bez wsparcia z innego źródła. Dodatkowo podkreślę, że STS i podobne urządzenia wymagają osobnej certyfikacji.

System zarządzania energią

Większość producentów informuje, że sprzedawane przez nich urządzenia mają wbudowany system EMS (Energy Management System), niestety jednak przeważnie okazuje się, że jest to tylko prosta aplikacja do sterowania systemem magazynowania energii z określoną mocą ładowania lub rozładowania. Zdarzają się również przypadki, gdy przedstawiciel producenta potwierdza, że w jego rozwiązaniu zastosowano system zarządzania energią, ale okazuje się, że jest to BMS (Battery Management System). Jest również bardzo ważny system, którego rolą jest zarządzanie energią wewnątrz magazynu energii (np. stopniem naładowania poszczególnych ogniw bateryjnych czy napięciem na połączeniach). BMS jest zaimplementowany we wszystkich znanych mi magazynach energii z ogniwami LFP, ale nie umożliwia sterowania ESS w taki sposób, by realizował zadania przynoszące korzyści finansowe jego właścicielowi. Do tego celu wykorzystywany jest właśnie EMS.

Producenci magazynów i dostawcy oprogramowania spoza Unii Europejskiej posiadający własny system zarządzania energią w większości przypadków nie mogą go wykorzystać na terenie UE ze względu na obwarowania prawne. Transpozycja NIS2/CER i wymagania TSO/DSO podnoszą wysoko poprzeczkę (testy, audyty, dostęp lokalny, SLA, logowanie zdarzeń, zarządzanie podatnościami), RED‑cyber i CRA dodają obowiązki projektowe, a rozporządzenie 2019/1020 wymaga „operatora gospodarczego” w UE. Dlatego właściciel systemu magazynowania energii stanie przed wyborem głównie między lokalnymi dostawcami EMS, w tym oprogramowaniem dostarczanym przez reprezentowaną przeze mnie spółkę Technius EMS.

Wybór

Po przeanalizowaniu wszystkich powyższych kryteriów na podstawie kilkunastu kart produktowych systemów magazynów energii o mocy 100–500 kW nasz wybór padł na S³‑EStore, wyprodukowany przez firmę Kehua Tech, gdyż:

1. Według informacji podanych przez producenta sprawność S³‑EStore wynosi 90,2%, co czyni go królem efektywności wśród systemów magazynowania energii.
2. W najnowszym modelu zastosowano pryzmatyczne ogniwa bateryjne o pojemności 314 Ah, wyprodukowane przez EVE Energy Co., Ltd. (jednego z największych i najbardziej zaawansowanych technologicznie producentów baterii na świecie).
3. Układ chłodzenia cieczą z systemem kontroli pracy parametrów paczek bateryjnych wpływa na stabilniejszą i efektywniejszą pracę systemu oraz wolniejszą, równomierną degradację ogniw.
4. Gwarancja na produkt S³‑EStore od Kehua w standardzie wynosi 5,5 roku od daty produkcji, z opcją rozszerzenia gwarancji do 10 lat w rozsądnej cenie. Natomiast gwarancja na pojemność użyteczną w okresie minimalnej trwałości urządzenia wynosi 1,3 GWh lub 8000 cykli.
5. Xiamen Kehua Digital Energy Tech Co., Ltd. jest światowej sławy producentem m.in. PCS‑ów, UPS‑ów i falowników fotowoltaicznych, o ponad 37‑letniej historii, zatrudniającym ponad 2000 inżynierów.
6. Kehua posiada pełną certyfikację na swoje rozwiązania, a S³‑EStore jest wpisany na listę urządzeń spełniających kryteria OSD prowadzoną przez PTPiREE.
7. S³‑EStore wyposażony jest w 2‑stopniową ochronę przeciwpożarową z systemem gaszenia aerosolem, 3‑stopniową ochronę przeciwwybuchową oraz zaawansowany system BMS z wykrywaniem zwarć doziemnych i wycieków. Ponadto na świecie zainstalowano dziesiątki tysięcy S³‑EStore, a według producenta nie było żadnej sytuacji zagrożenia pożarowego – wszystkie zabezpieczenia i działania prewencyjne zadziałały prawidłowo.
8. Dzięki zastosowaniu szafy przełączającej on/off‑grid 200–1000 kVA, wyprodukowanej przez Kehua, i możliwości łączenia do 5 sztuk S³‑EStore można zbudować system magazynowania energii z funkcją zasilania awaryjnego o mocy od 100 kW do 500 kW.
9. Rozbudowany protokół Modbus Kehua pozwolił nam z powodzeniem zintegrować nasz system zarządzania energią Technius EMS i wprowadzić oszczędności w kosztach energii i mocy od pierwszego dnia instalacji naszego oprogramowania.

Znaczenie parametrów opisanych w niniejszym artykule w rzeczywistym wykorzystaniu systemów magazynowania energii będę szerzej omawiał w trakcie prelekcji, którą poprowadzę 28 listopada w Hotelu Uroczysko w Cedzynie w ramach Konferencji ESS/EMS, poświęconej między innymi praktycznym aspektom wykorzystania magazynów energii w biznesie, w tym omówieniu zrealizowanych inwestycji w systemy magazynu energii typu all‑in‑one u biznesowych odbiorców energii. Zainteresowanych przedstawicieli przedsiębiorstw oraz firm audytorskich, sprzedażowych i instalacyjnych zachęcam do kontaktu na adres e‑mail: konferencja@pcde.pl.

Mgr inż. Armand Naporowski, ekspert Polskiego Centrum Doradztwa Energetycznego sp. z o.o. oraz firmy Technius EMS sp. z o.o.

O firmie Kehua

Kehua Digital Energy od 37 lat rozwija technologie elektroenergetyczne, oferując zróżnicowane rozwiązania i bogate doświadczenie w realizacji projektów z obszaru fotowoltaiki, magazynowania energii, mikrosieci i zintegrowanych usług energetycznych. Do końca 2024 r. na całym świecie systemy fotowoltaiczne wyposażone w rozwiązania Kehua przekroczyły moc 56 GW, a systemy magazynowania energii przekroczyły 30 GW/12 GWh. Aktualnie Kehua jest trzecim co do wielkości dostawcą PCS na świecie (wg S&P). Podkreśleniem wiodącej pozycji firmy na globalnym rynku jest obecność na liście BNEF Tier 1 w kategorii dostawca magazynów energii oraz na liście Top 10 producentów falowników (BloombergNEF). To osiągnięcie jest dowodem zaangażowania Kehua w nieustanny rozwój swoich rozwiązań oraz udowodnioną bankowalność projektów w oparciu o urządzenia Kehua Tech. BloombergNEF uznał Kehua za dostawcę magazynów energii pierwszego poziomu, co dodatkowo podkreśla silną pozycję Kehua na świecie. W segmencie magazynowania energii Kehua zapewnia rozwiązania dla magazynów energii zarówno przed licznikiem jak i za licznikiem, a w segmencie mikrosieci firma posiada bogate doświadczenie w realizacji parków przemysłowo-komercyjnych, centrów danych, projektów z zakresu elektromobilności. Na początku 2024 r. Kehua wygrała przetarg na realizację największego na świecie projektu magazynowania energii o pojemności 1,2 GWh. Kehua posiada wysoką zdolność produkcyjną dla produktów wysokiej klasy i system kontroli jakości, oferując kompleksowe usługi, produkty, urządzenia przez integrację systemów, planowanie, projektowanie, budowę, eksploatację i konserwację. Aktualnie firma posiada polski zespół wsparcia posprzedażowego, magazyn i biuro w Polsce.

Kehua – materiał sponsorowany