Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Magazynowanie energii
Course of study:
2019/2020
Code:
SENR-1-615-s
Faculty of:
Energy and Fuels
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Energy Engineering
Semester:
6
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
prof. nadzw. dr hab. inż. Dudek Magdalena (potoczek@agh.edu.pl)
Module summary

W ramach kursu zostaną omówione zasady fizykochemiczne metod magazynowania energii oraz technologie magazynowania energii elektrycznej, ciepła, a także w postaci energii chemicznej paliw.

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence: is able to
M_K001 Rozumie potrzebę magazynowania energii oraz ciągłej aktualizacji wiedzy w tym zakresie prowadzącą do stosowania nowoczesnych, efektownych technologii ENR1A_K01, ENR1A_K02 Execution of a project
Skills: he can
M_U001 Potrafi uzasadnić dobór odpowiedniego zasobnika energii dla założonego celu i opisać zasadę działania tego urządzenia ENR1A_U04, ENR1A_U02, ENR1A_U01, ENR1A_U03 Project
M_U002 Potrafi oszacować efektywność zasobnika energii w zaproponowanym urządzeniu i określić jego przydatność do założonego celu. ENR1A_U04, ENR1A_U02, ENR1A_U01, ENR1A_U03 Execution of exercises
Knowledge: he knows and understands
M_W001 Ma uporządkowana wiedzę o podstawowych sposobach magazynowania energii, ze szczególnym uwzględnieniem energii elektrycznej ENR1A_W01, ENR1A_W05, ENR1A_W04 Test
Number of hours for each form of classes:
Sum (hours)
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
45 30 0 15 0 0 0 0 0 0 0 0
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Social competence
M_K001 Rozumie potrzebę magazynowania energii oraz ciągłej aktualizacji wiedzy w tym zakresie prowadzącą do stosowania nowoczesnych, efektownych technologii + - + - - - - - - - -
Skills
M_U001 Potrafi uzasadnić dobór odpowiedniego zasobnika energii dla założonego celu i opisać zasadę działania tego urządzenia + - + - - - - - - - -
M_U002 Potrafi oszacować efektywność zasobnika energii w zaproponowanym urządzeniu i określić jego przydatność do założonego celu. - - + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Ma uporządkowana wiedzę o podstawowych sposobach magazynowania energii, ze szczególnym uwzględnieniem energii elektrycznej + - - - - - - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 120 h
Module ECTS credits 4 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 45 h
Preparation for classes 30 h
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 15 h
Realization of independently performed tasks 30 h
Module content
Lectures (30h):
  1. 1. Rola zasobników energii we współczesnych systemach energetycznych:

    Przedstawienie faktów technicznych i ekonomicznych przemawiających za potrzebą opracowania i wdrażania technologii magazynowania energii.
    Podstawowe pojęcia z zakresu jakości energii, dystrybucji energii dawniej a dziś
    wykorzystanie w sieciach inteligentnych (smart grids), współdziałanie z odnawialnymi źródłami energii, poprawa efektywności wytwarzania, poprawa zdolności przesyłowych sieci.

  2. Magazynowanie energii elektrycznej od poprawy jakości energii do zarządzania energią na dużą skalę.

    Zagadnienia związane z konstrukcją sieci inteligentnych (smart grids), współdziałanie z odnawialnymi źródłami energii, poprawa efektywności wytwarzania, poprawa zdolności przesyłowych sieci. Sposoby magazynowania energii elektrycznej i urządzenia zbudowane w oparciu o te sposoby: zasada działania, rozwiązania technologiczne, poziom komercjalizacji, zastosowania:

  3. Wybrane technologie magazynowania energii Magazynowanie energii elektrycznej -

    - elektrownie szczytowo-pompowe,
    - kompresyjne zasobniki energii (CAES: Compressed Air Energy Storage),
    - bezwładnościowe zasobniki energii (koła zamachowe),
    - nadprzewodnikowe zasobniki energii (SMES: Superconducting Magnetic Energy Storage)
    - superkondensatory,
    - akumulatory elektrochemiczne: ogniwa odwracalne (w szczególności ogniwa litowe i ogniwo siarka-sód) oraz ogniwa przepływowe
    • Efektywność magazynowania energii: analiza porównawcza dla w/w technologii
    • Obecnie stosowane systemy magazynowania energii – ich udział i rola w sektorze energetycznym;

  4. Magazynowanie energii elektrycznej w postaci energii chemicznej paliw Magazynowanie nośników energii w postaci paliw wytwarzanych z udziałem energii elektrycznej:

    - wytwarzanie wodoru na drodze elektrolizy (nisko- i wysokotemperaturowej);
    - magazynowanie wodoru i jego wykorzystanie do celów energetycznych;
    - produkcja paliw syntetycznych, np. zastępczego gazu ziemnego.

    • Potrzeba rozwoju technologii magazynowania energii elektrycznej

  5. Magazynowanie ciepła Magazynowanie energii cieplnej: od stawów słonecznych do soli stopionych.

    Materiały zmiennofazowe

Laboratory classes (15h):
  1. Materiały zmiennofazowe

    Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z właściwościami fizykochemicznymi materiałów zmiennofazowych oraz ich praktycznym wykorzystaniem w różnych aspektach techniki
    oraz wykonanie praktycznych ćwiczeń z zakresu
    a) pomiaru ilości ciepła pobieranego i oddawanego przez materiał zmiennofazowy
    b) dokonania oceny możliwości poprawy parametrów fizykochemicznych materiałów zmiennofazowych w aspektach praktycznych

  2. Magazynowanie energii elektrycznej w postaci energii chemicznej wodoru

    Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z głównymi wytycznymi technologii magazynowania energii elektrycznej pochodzącej z energetyki odnawialnej (np. panel fotowoltaiczny) w postaci energii chemicznej wodoru (ang. power to gas)
    a) określenie wpływu czynników eksperymentalnych na parametry elektryczne paneli fotowoltaicznych (odległość od źródła światła, kąt nachylenia)
    b) określenia warunków integracji systemu panel fotowoltaiczny-elektrolizer polimerowy
    c) określenia ilości produkowanego wodoru w czasie oraz sprawności systemu energetycznego

  3. Magazynowanie i dystrybucja energii elektrycznej w hybrydowych źródłach energii elektrycznej (ogniwa paliwowe PEMFC plus bateria elektrochemiczna)

    Celem ćwiczenia jest określenie ilości energii niezbędnej do zasilania jednostki napędowej (bezszczotkowy silnik energii elektrycznej -śmigło ) lub serwomechanizmów w modelu bezzałogowego aparatu latającego z uwzględnieniem profilu lotu i zasilania z elektrochemicznych źródeł energii
    1) określenie zapotrzebowania energii elektrycznej do zasilania bezzałogowego statku powietrznego podczas swobodnego lotu przez okres od 1 do 2 h
    2) dobór elektrochemicznego hybrydowego źródła energii oraz określenie dystrybucji energii elektrycznej czerpanej z ogniwa paliwowego PEMFC, pakietu baterii , określenia możliwości doładowania pakietu baterii Li-POl
    3) Wykorzystanie metod bezkontaktowych do pomiaru dystrybucji prądu i napięć w systemie energetycznym

  4. Technologie magazynowania energii elekrycznej z wykorzystaniem materiałów nadprzewodzących (SMES)

    Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawowymi właściwościami fizykochemicznymi i parametrami elektrycznymi materiałów nadprzewodzących oraz możliwością ich wykorzystania w systemach energetycznych
    1) Efekt Meissnera
    2) Wyznaczenie podstawowych parametrów elektrycznych materiału nadprzewodzącego
    3) Analiza poprawy efektywności energetycznej systemu z użyciem SMES

  5. Magazynowanie energii elektrycznej za pomocą superkondensatorów

    Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z właściwościami fizykochemicznymi superkonensatorów obecnie stosowanych w praktyce oraz możliwości ich wykorzystania w systemach energetycznych
    1) wyznaczenie zmian parametrów elektrycznych podczas cyklu ładowania i rozładowania superkondensatora
    2) ocena możliwości włączenia superkondensatora do systemu energetycznego buforującego zapady napięcia stosu ogniw paliwowych PEMFC podczas samonawilżania stosu realizowanego za pomocą układu SCU
    3) efektywność systemu stos ogniw paliwowych PEMFC plus superkondensator

  6. Wodór jako nośnik energii

    Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z praktycznym wykorzystaniem energii chemicznej wodoru jako nośnika energii. W tym ćwiczeniu zostaną wyznaczane podstawowe parametry energetyczne charakteryzujące magazyn energii -“power bank” zawierający ogniwo paliwowe PEMFC zasilany paliwem wodorowym zgromadzonym w kardridżu z wodorkiem metali oraz klasycznym rozwiązaniem w postaci baterii elektrochemicznej. Dla rzeczywistych urządzeń tablet, telefon komórkowy zasilanych z tych magazynów zostaną wyznaczone parametry użytkowe charakterystyczne dla danego typu magazynu energii

Additional information
Teaching methods and techniques:
  • Lectures: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Laboratory classes: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Participation rules in classes:
  • Lectures:
    – Attendance is mandatory: No
    – Participation rules in classes: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Laboratory classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
Method of calculating the final grade:

Ocena końcowa obliczana (OK) zgodnie z równaniem:

OK = 0.4 Z + 0.25P + 0.25L

gdzie: Z – ocena z kolokwium zaliczeniowego, P – ocena z wykonania projektu, L -ocena z laboratorium

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Prerequisites and additional requirements:

Przygotowanie z zakresu fizyki, konwersji energii oraz podstaw z elektrotechniki i metrologii

Recommended literature and teaching resources:

1. A. Czerwiński, Akumulatory, baterie, ogniwa, wyd. Komunikacji i Łączności, 2005.
2. Hydrogen as a Future Energy Carrier. Red. A. Zuttel, A. Borgschulte, L. Schlapbach, Weinheim, Wiley-VCH Verlag GmBH&Co, 2008
3. R. Resnick, D. Hallidat, Fizyka, t 1 I 2, WNT, Warszawa
4. Z . Hanzelka

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

1. Koncepcja hybrydowego układu zasilania napędu elektrycznego motoszybowca — The conception of hybrid supply of electric drive of motor glider / Piotr Bogusz, Mariusz Korkosz, Piotr Wygonik, Magdalena DUDEK, Andrzej RAŹNIAK, Bartłomiej LIS // Maszyny Elektryczne : zeszyty problemowe ; ISSN 0239-3646. — 2017 nr 3 (115), s. 55–62
2. Some aspects of the storage of hydrogen as fuel for supplying polymer membrane fuel cells for application in aircraft / Magdalena DUDEK, Andrzej RAŹNIAK, Piotr DUDEK, Piotr Wygonik, Mariusz Korkosz
3. Wytwarzanie gazu syntezowego w stałotlenkowych elektrolizerach parowych z odpadowego CO2 – możliwości i bariery rozwoju technologii — Production of syngas (H2+CO) in a solid oxide steam electrolyser using waste CO2: opportunities for and barriers to technological development / Magdalena DUDEK, Alicja RAPACZ-KMITA, Andrzej RAŹNIAK, Bartłomiej LIS, Marcin GAJEK, Barbara TORA, Tadeusz OLKUSKI // Materiały Ceramiczne = Ceramic Materials / Polskie Towarzystwo Ceramiczne, Kraków ; ISSN 1644-3470

Additional information:

None