Magazynowanie energii w kontekście transformacji energetycznej - od materiałów po systemy. Wybrane kierunki badań i zastosowanie oraz współpraca z operatorami sieci i przemysłem

• Autorzy: Firlit Andrzej , Budziak Andrzej , Gryboś Dominik , Kulka Andrzej , Leszczyński Jacek , Markowski Jan , Molenda Janina , Milewska Anna , Nowak Mikołaj , Siostrzonek Tomasz , Sapińska-Śliwa Aneta , Śliwa Tomasz , Walczak Katarzyna , Wołoszyn Jerzy

Identyfikatory

DOI

10.7494/er.2025.13-14.55

Warianty tytułu

EN

Energy Storage in the Context of the Energy Transition - from Materials to Systems. Selected Research Directions, Applications, and Collaboration with Grid Operators and Industry

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Magazynowanie energii odgrywa kluczową rolę w procesie transformacji energetycznej, umożliwiając efektywną integrację odnawialnych źródeł energii, zwiększenie elastyczności systemów energetycznych oraz poprawę niezawodności dostaw energii. W artykule przedstawiono wybrane kierunki badań prowadzonych w Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie koncentrujących się na zagadnieniach związanych z magazynowaniem energii i funkcjonowaniem magazynów. Część rozdziałów zawiera niezależne opracowania dotyczące szerokiego spektrum zagadnień technologicznych i inżynierskich. Obejmują one aspekty elektrochemiczne, materiałowe, cieplne, geotermalne, mechaniczne oraz elektroenergetyczne. Artykuł ma charakter interdyscyplinarny, aplikacyjny i wdrożeniowy, podkreśla znaczenie prowadzenia badań nad rozwojem i integracją nowoczesnych technologii magazynowania energii oraz innowacyjnych rozwiązań technicznych z potrzebami i wyzwaniami współczesnych systemów elektroenergetycznych.

EN

Energy storage plays a key role in the energy transid'on process by enabling the effecd've integradon of renewable energy sources, increasing the flexibility of power systems, and improving the reliability of energy supply. This ardcle presents selected research direcdons pursued at the AGH University of Krakow, focused on issues related to energy storage and the operadon of storage systems. Some chapters contain independent studies addressing a broad spectrum of technological and engineering challenges. These include aspects of electrochemical, material, thermal, geothermal, mechanical, and power systems. The ardcle is interdisciplinary, applicadon-oriented, and implementadon-focused. It emphasizes the importance of conducd'ng research on the development and integrad'on of advanced energy storage technologies and innovad've technical solud'ons tailored to the needs and challenges of modern power systems

Słowa kluczowe

PL

magazynowanie energii; magazynowanie wodoru; magazynowanie energii termicznej; grawitacyjny magazyn energii; bateryjny system magazynowania energii elektrycznej; magazyn energii w technologii sprężonego powietrza (micro-CAES); podziemne magazyny ciepła w warstwach wodonośnych; otworowe wymienniki i magazyny ciepła; ogniwa nowej generacji; alluaudyt; redoks tlenu; ogniwa paliwowe; ogniwa sodowe; akumulatory sodowo-jonowe; akumulatory litowo-jonowe; transformacja energetyczna terenów górniczych; tryb pracy on-grid i off-grid; stabilizacja napięcia; symetryzacja napięcia; poprawa jakości dostawy energii elektrycznej

EN

energy storage; hydrogen storage; thermal energy storage; gravitad'onal energy storage; battery energy storage systems (BESS); micro-compressed air energy storage (micro-CAES); aquifer thermal energy storage (ATES); borehole heat exchangers and thermal storage; next-generad'on cells; alluaudite; oxygen redox; fuel cells; sodium cells; sodium-ion batteries; lithium-ion batteries; energy transid'on of mining areas; on-grid and off-grid operad'on modes; voltage stabilization; voltage balancing; power quality improvement

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Energetyka Rozproszona
• Rocznik: 2025
• Tom: nr 13-14
• Strony: 55--88
• Opis fizyczny: Bibliogr. 67 poz., rys., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Firlit Andrzej

• Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej AGH

autor

Budziak Andrzej

• Wydział Energetyki i Paliw AGH

autor

Gryboś Dominik

• Wydział Energetyki i Paliw AGH

autor

Kulka Andrzej

• Wydział Energetyki i Paliw AGH

autor

Leszczyński Jacek

• Wydział Energetyki i Paliw AGH

autor

Markowski Jan

• Wydział Energetyki i Paliw AGH

autor

Molenda Janina

• Wydział Energetyki i Paliw AGH

autor

Milewska Anna

• Wydział Energetyki i Paliw AGH

autor

Nowak Mikołaj

• Wydział Energetyki i Paliw AGH

autor

Siostrzonek Tomasz

• Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomaterialnej AGH

autor

Sapińska-Śliwa Aneta

• Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH

autor

Śliwa Tomasz

• Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH

autor

Walczak Katarzyna

• Wydział Energetyki i Paliw AGH

autor

Wołoszyn Jerzy

• Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki AGH

Bibliografia

• [1] Baggini A. (red.) (2008), Handbook of Power Quality, John Wiley & Sons, Ltd.
• [2] Baggini A., Hanzelka Z., Firlit A., Moskwa S., Rodziewicz T. (2021): Handbook of Electrical Power Reliability: Selected Issues, Wydawnictwa AGH, Kraków.
• [3] Barpanda P., Oyama G., Nishimura S., Chung SC, Yamada A. (2014), A 3.8-V Earth-Abundant Sodium Battery Electrode, „Nature Communications" 5: 4358.
• [4] Budziak A.,SzafraniecJ. (2023a), Influence of Hydrogen on Structural and Magnetic Transformations in RMn2Hx Hydrides with Laves Phase C15 and C14 Structures - A Review, „Energies" 16 (21): 7383.
• [5] Budziak A., Szafraniec J. (2023b), Structural and Magnetic Transformations in RMn2Hx Hydrides (R: Selected Rare Earth Elements), [w:] W. Wang, X. Li (red.), Advances in Energy Research: 4th Edition, Vide Leaf, Hyderabad: 1-44.
• [6] Chen L., Zheng T., Mei S., Xue X., Liu B., Lu Q. (2016), Review and Prospect of Compressed Air Energy Storage System, „Journal of Modern Power Systems and Clean Energy" 4: 529-541.
• [7] Czerwiński G., Wołoszyn J. (2024), Partitions Influence on Rectangular Latent Heat Thermal Energy Storage Unit Performance During Melting and Solidification, „International Communications in Heat and Mass Transfer" 159: 1-17.
• [8] "Energetyka Rozproszona" - strona internetowa czasopisma naukowego, https:// www.energetyka-rozproszona.pl [dostęp: 29.06.2025].
• [9] Firlit A., Hanzelka Z., Chmielowiec K. et al. (2015), Opracowanie wirtualnego hybrydowego źródła energii elektrycznej złożonego z rozproszonych i odnawialnych źródeł z zastosowaniem systemu ciągłego monitorowania jakości energii elektrycznej, VI konferencja Jakość energii elektrycznej w sieciach elektroenerge-tycznych w Polsce, 9-10.06.2015 Białka Tatrzańska.
• [10] Firlit A., Piątek K., Hanzelka Z., Szaniawski K., Piasecki S., Topolski Ł. (2023a), Analiza pracy sieci zasilającej OSD po uruchomieniu ma-gazynu energii elektrycznej w Ochotnicy Dolnej, https://www. energetyka-rozproszona.pl/artykuly/analiza-pracy-sieci-zasilajacej-osd-po-uruchomieniu-magazynu-energii-elektrycz- nej-firmy-apator-w-ochotnicy-dolnej/ [dostęp: 29.06.2025].
• [11] Firlit A., Hołdyński G., Skibko Z. (2023b), Elastyczność energetyczna: raport specjalistyczny, https://www.elastycznoscenergii.pl [dostęp: 29.06.2025].
• [12] Gmina Ochotnica Dolna (2022), Przemysłowy magazyn energii elektrycznej w Ochotnicy, www.ochotnica.pl/aktualnosci/przemyslowe-magazyn-energii-elektrycznej-w-ochotnicy/ [dostęp: 29.06.2025].
• [13] Gmina Ochotnica Dolna (2025), Fideltronik Energy i AGH testują magazyn energii w Ochotnicy Dolnej, www.ochotnica.pl/aktu- alnosci/fideltronik-energy-i-agh-testuja-magazyn-energii-w- -ochotnicy-dolnej/ [dostęp: 29.06.2025].
• [14] Gozdur W., Gąsior W., Zrobek M., Budziak A., Dębski R., Gierlotka W., Pęska M., Polański M., Dębski A. (2024), Calorimetric Studies and Thermodynamic Modeling of Ag-Mg-Ti Liquid Alloys, „Materials" 17 (8): 1-15.
• [15] Gruzeł G., Szmuc K., Drzymała E., Piekarz P., Pajor-Świerzy A., Budziak A., Pastor E. (2022), Thin Layer Vs. Nanoparticles: Effect of SnO2 Addition to PtRhNi Nanoframes for Ethanol Oxidation Reaction, „International Journal of Hydrogen Energy" 47 (33): 14823-14835.
• [16] Hanzelka Z. (2013), Jakość dostawy energii elektrycznej - zaburzenia wartości skutecznej napięcia, Wydawnictwa AGH, Kraków.
• [17] Hanzelka Z., Firlit A. (red.) (2015), Elektrownie ze źródłami odnawialnymi - zagadnienia wybrane, Wydawnictwa AGH, Kraków.
• [18] Hanzelka Z., Piątek K. (red.) (2024), Instalacje fotowoltaiczne w systemie elektroenergetycznym, PWN, Warszawa.
• [19] Jakość energii elektrycznej, oferta studiów podyplomowych, https://www.podyplomowe.agh.edu.pl/oferta-studiow-podyplomowych/jakosc-energii-elektrycznej[dostęp: 29.06.2025].
• [20] Kulka A., Walczak K., Płotek J., Fu B., Arifiadi A., Świerczek K., Hanc A., Kasprzyk M., Ul Haq M.I., Lee G.H., Yang W., Winter M., Kasnat- scheew J., Kostecki R. (2025), Evaluating the Influence of Surface Reconstruction Layers in Li/Mn-Rich Layered Oxide (LMR) Elec-trodes on the Anionic Redox Reactions and Electrochemical Prop-erties of LMR || Li Cells, „Energy Storage Materials" 75:104001.
• [21] Leszczyński J., Gryboś D., Markowski J. (2023), Analysis of Optimal Expansion Dynamics in a Reciprocating Drive for a Micro-CAES Production System, „Applied Energy" 350: 121742.
• [22] Nishimura S.I., Suzuki Y., Lu J., Torii A., Kamiyama T., Yamada A. (2016), High-Temperature Neutron and X-ray Diffraction Study of Fast Sodium Transport in Alluaudite-type Sodium Iron Sulfate, „Chemistry of Materials" 28: 2393-2399.
• [23] Nowak M., Walczak K., Milewska A., Płotek J., Budziak A., Molen¬da J. (2023), Electrochemical Performance of Different High-En¬tropy Cathode Materials for Na-Ion Batteries, „Journal of Alloys and Compounds" 968: 1-8.
• [24] Oyama G., Nishimura S., Suzuki Y., Okubo M., Yamada A. (2015), Off-Stoichiometry in Alluaudite-Type Sodium Iron Sulfate Na2+2xFe2-x(SO4)3 as an Advanced Sodium Battery Cathode Material, „ChemElectroChem" 2: 1019-1023.
• [25] Oyama G., Pecher O., Griffith K.J. Nishimura S., Pigliapochi R., Grey C., Yamada A. (2016), Sodium Intercalation Mechanism of 3.8 v Class Alluaudite Sodium Iron Sulfate, „Chemistry of Materials" 28: 5321-5328.
• [26] Projekt KlastER, https://www.er.agh.edu.pl [dostęp: 29.06.2025].
• [27] Projekt OTE, https://www.energetyka-rozproszona.pl/obserwato- rium-transformacji-energetycznej/ [dostęp: 29.06.2025].
• [28] Raport URE (2024), Magazynowanie Energii Elektrycznej, https://www. ure.gov.pl/pl/urzad/informacje-ogolne/edukacja-i-komunikacja/ publikacje/magazynowanie-energii-elektryc/12061,Magazynowanie-Energii-Elektrycznej.html [dostęp: 29.06.2025].
• [29] Redel K., Kulka A., Walczak K., Plewa A., Borca C.N., Molenda J. (2020), The Impact of Oxygen Evolution and Cation Migration on the Cy-cling Stability of a Li-rich Li[Li0 2Mn0 6Ni01Co01]O2 Positive Electrode, „Journal of Materials Chemistry A" 35 (8): 18143-18153.
• [30] Redel K., Kulka A., Walczak K., Plewa A., Hanc E., Marzec M., Lu L., Molenda J. (2021), Origin of Extra Capacity in Advanced Li-Rich Cathode Materials for Rechargeable Li-Ion Batteries, „Chemical Engineering Journal" 424: 1-12.
• [31] Rozporządzenie Ministra Klimatu i Środowiska z dnia 22 marca 2023 r. w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego (Dz.U. 2023 poz. 819).
• [32] Rozproszone źródła i magazyny energii - klastry energii, oferta stu¬diów podyplomowych, https://www.podyplomowe.agh.edu.pl/ oferta-studiow-podyplomowych/rozproszone-zrodla-i-magazyny-energii-klastry-energii [dostęp: 29.06.2025].
• [33] Rufer A. (2017), Energy Storage: Systems and Components, CRC 40 Press, Boca Raton.
• [34] Saadat M., Shirazi F.A., Li P.Y. (2015), Modeling and Control of an Open Accumulator Compressed Air Energy Storage (Caes) System for Wind Turbines, „Applied Energy" 137: 603-616.
• [35] Sapińska-Śliwa A., Rosen M. A., Gonet A., Kowalczyk J., Śliwa T. (2019), A New Method Based on Thermal Response Tests for Determining Effective Thermal Conductivity and Borehole Resistivi¬ty for Borehole Heat Exchangers, „Energies" 12 (6): 1-22.
• [36] Sapińska-Śliwa A., Rosen M. A., Gonet A., Śliwa T. (2016), Deep Borehole Heat Exchangers - A Conceptual and Comparative Review, „Interna¬tional Journal of Air-Conditioning and Refrigeration" 24 (1): 1-15.
• [37] Sapińska-Śliwa A., Śliwa T., Twardowski K., Szymski K., Gonet A., Żuk P. (2020), Method of Averaging the Effective Thermal Conductivity Based on Thermal Response Tests of Borehole Heat Ex¬changers, „Energies" 13 (14): 1-20.
• [38] Serwatka S., Firlit A. (2023), System magazynowania energii elektrycznej w GPZ Rzepedź - 2,1 MW, 4,2 MWh, 15 kV, prezentacja on-line w ramach seminarium projektu KlastER, https://www.energetyka-rozproszona.pl/wydarzenia/serminarium-18-magazyny-energii- -elektrycznej-w-sieciach-dystrybucyjnych/ [dostęp: 29.06.2025].
• [39] Siostrzonek T. (2023), The Mine Shaft Energy Storage System - Implementation Threats and Opportunities, „Energies" 16: 5615.
• [40] Siostrzonek T., Pytel J., Karpiel T. (2025), The Technical and Economic Aspects of Using DC or AC Motors in the Drive of Hoisting Ma-chines, „Energies" 18: 2245.
• [41] Śliwa T., Gonet A. (2005), Theoretical Model of Borehole Heat Exchanger, „Journal of Energy Resources Technology" 127 (2): 142-148.
• [42] Śliwa T., Kotyza J. (2003), Application of Existing Wells as Ground Heat Source for Heat Pumps in Poland, „Applied Energy" 74: 3-8.
• [43] Śliwa T., Rosen M.A. (2015), Natural and Artificial Methods for Re-generation of Heat Resources for Borehole Heat Exchangers to Enhance the Sustainability of Underground Thermal Storages: A Review, „Sustainability" 7 (10): 13104-13125.
• [44] Śliwa T., Rosen M.A. (2017), Efficiency Analysis of Borehole Heat Ex-changers as Grout Varies Via Thermal Response Test Simulations, „Geothermics" 69: 132-138.
• [45] Śliwa T., Gołaś A., Wołoszyn J., Gonet A. (2012), Numerical Model of Borehole Heat Exchanger in ANSYS CFX Software, „Archives of Mining Sciences" 57 (2): 375-390.
• [46] Śliwa T., Rosen M.A., Jezuit Z. (2014), Use of Oil Boreholes in the Carpathians in Geoenergetic Systems: Historical and Conceptual Review, „Research Journal of Environmental Sciences" 8 (5): 231-242.
• [47] Śliwa T., Nowosiad T., Vytyaz O., Sapińska-Śliwa A. (2016), Study on the Efficiency of Deep Borehole Heat Exchangers, „SOCAR Proceedings" 2: 29-42.
• [48] Śliwa T., Kruszewski M., Zare A., Sapińska-Śliwa A. (2018), Potential Application of Vacuum Insulated Tubing for Deep Borehole Heat Exchangers, „Geothermics" 75: 58-67.
• [49] Śliwa T., Sojczyńska A., Rosen M. A., Kowalski T. (2019), Evaluation of Temperature Profiling Quality in Determining Energy Efficiencies of Borehole Heat Exchangers, „Geothermics" 78: 129-137.
• [50] Śliwa T., Sapińska-Śliwa A., Gonet A., Kowalski T., Sojczyńska A. (2021a), Geothermal Boreholes in Poland - Overview of the Current State of Knowledge, „Energies" 14 (11): 1-21.
• [51] Śliwa T., Kowalski T., Cekus D., Sapińska-Śliwa A. (2021b), Research on Fresh and Hardened Sealing Slurries with the Addition of Magnesium Regarding Thermal Conductivity for Energy Piles and Borehole Heat Exchangers, „Energies" 14 (16): 1-13.
• [52] Śliwa T., Sapińska-Śliwa A., Wysogląd T., Kowalski T., Konopka I. (2021c), Strength Tests of Hardened Cement Slurries for Energy Piles, with the Addition of Graphite and Graphene, in Terms of Increasing the Heat Transfer Efficiency, „Energies" 14 (4): 1-20.
• [53] Śliwa T., Leśniak P., Sapińska-Śliwa A., Rosen M.A. (2022), Effective Thermal Conductivity and Borehole Thermal Resistance in Selected Borehole Heat Exchangers for the Same Geology, „Ener- gies" 15 (3): 1-29.
• [54] Śliwa T., Jaszczur M., Drosik J., Assadi M., Kalantar A. (2024), Anal¬ysis of Potential Use of Freezing Boreholes Drilled for an Underground Mine Shaft as Borehole Heat Exchangers for Heat and/or Cooling Applications, „Energies" 17 (12): 1-16.
• [55] Śliwa T., Kunasz R., Szczytowski M., Assadi M., Szydło O. (2025), Analysis of the Performance and Interpretation of Thermal Response Tests for Four Boreholes of Various Depths in the Town of Dźwirzyno (Zachodniopomorskie Voivodeship), „Renewable Energy" 245: 122703.
• [56] Terlicka S., Dębski A., Gierlotka W., Wierzbicka-Miernik A., Budziak A., Sypien A., Zabrocki M., Gąsior W. (2020), Structural and Physicochemical Properties of Silver-Rich Ag-Al Alloys, „Cal- phad" 68: 101739.
• [57] Terlicka S., Dębski A., Sypień A., Gąsior W., Budziak A. (2021), Determination of Thermophysical and Thermodynamic Properties of Ag -Mg Alloys, „Materials Today Communicadons" 29: 1-9.
• [58] Topolski Ł., Firlit A., Piątek K., Hanzelka Z. (2020b), Ograniczanie wzrostów i asymetrii napięć powodowanych jednofazowymi in-stalacjami fotowoltaicznymi za pomocą szeregowego transfor-matora dodawczego w sieci niskiego napięcia, „Przegląd Elek-trotechniczny" 96 (3): 37-41.
• [59] Topolski Ł., Schab W., Firlit A., Piątek K. (2020), Analiza wpływu generacji rozproszonej na wybrane parametry jakości energii elektrycznej w sieci niskiego napięcia na terenie klastra Wirtualna Zielona Elektrownia Ochotnica, „Przegląd Elektrotechniczny" 1 (3): 19-22.
• [60] Walczak K., Gędziorowski B., Kulka A., Zając W., Ziąbka M., Id- czak R., Tran H. V., Molenda J. (2019a), Exploring the Role of Manganese on Structural, Transport, and Electrochemical Properties of NASICON-Na3Fe2_Mny(PO4)3-Cathode Materials for Na-Ion Batteries, „Applied Materials and Interfaces" 11 (46): 43046-43055.
• [61] Walczak K., Kulka A., Molenda J. (2019b), Alluaudite-Na1 47Fe3(PO4)3: Structural and Electrochemical Properties of Potential Cathode Material for Na-Ion Batteries, „Solid State Sciences" 87: 21-26.
• [62] Wei S., Mortemard de Boisse B., Oyama G., Nishimura S., Yama- da A. (2016), Synthesis and Electrochemistry of Na2.5(Fe1-yM- ny)1.75(SO4)3 Solid Solutions for Na-Ion Batteries, „ChemElec- troChem" 3: 209-213.
• [63] Wołoszyn J., Czerwiński G. (2023), Badania wpływu położenia przegród na proces magazynowania energii w systemach z materiałem fazowo zmiennym, „Przemysł Chemiczny" 102(11): 1246-1250.
• [64] Wołoszyn J., Szopa K. (2023), A Combined Heat Transfer Enhancement Technique for Shell-And-Tube Latent Heat Thermal Energy Storage, „Renewable Energy" 202: 1342-1356.
• [65] Wołoszyn J., Szopa K. (2023b), Shell Shape Influence on Latent Heat Thermal Energy Storage Performance during Melting and Solidifi-cation, „Energies" 16 (23): 1-26.
• [66] Wołoszyn J., Szopa K. (2024), A Periodic Horizontal Shell-And-Tube Structure as an Efficient Latent Heat Thermal Energy Storage Unit, „Energies" 17(22): 1-29.
• [67] Wołoszyn J., Szopa K., Czerwiński G. (2021), Enhanced Heat Transfer in a PCM Shell-And-Tube Thermal Energy Storage System, „Ap¬plied Thermal Engineering" 196: 1-13.