Batériové úložiská: kľúčové technológie dneška

Batériové úložiská: kľúčové technológie dneška

01. 10. 2021

Európska únia bude musieť na základe záväzku, ktorý si na svojej ceste k uhlíkovej neutralite uložila, do roku 2030 upraviť svoje energetické hospodárstvo tak, aby aspoň 32 % energie získavala z obnoviteľných zdrojov. To bude inými slovami znamenať, že takmer tretina zdrojov bude z veľkej časti závislá od aktuálnych prírodných podmienok a ich regulačné možnosti na zabezpečenie výkonovej rovnováhy v elektrizačnej sústave budú obmedzené; slnku a vetru skrátka neodporúčame.

Riešenie však existuje: sú ním technológie umožňujúce ukladanie energie a následné využitie. V súčasnej dobe dochádza k rýchlemu rozvoju predovšetkým batériových úložísk. Úložiská totiž umožňujú, aby obnoviteľné zdroje vytvárali viac energie, než je jej v danej chvíli potrebné, a ukladali ju na dobu, kedy bude energia z týchto zdrojov naopak nedostatok. Batériové úložiská majú oproti klasickým akumulačným systémom, ako sú napríklad prečerpávacie vodné elektrárne, niekoľko výhod. Sú nimi predovšetkým rýchlosť dodávky elektrickej energie, vysoká účinnosť a hlavne rýchla a jednoduchá inštalácia v miestach, kde je akumulácia potrebná. Táto flexibilita je v súčasnej dobe v mnohých oblastiach ľudskej činnosti kľúčová. Navyše zrejme nie je ďaleko doba, kedy koncoví spotrebitelia elektrickej energie budú bežne využívať služby tzv. solárneho cloudu – to znamená, že nespotrebovanú elektrinu vyrobenú napríklad fotovoltaickou elektrárňou si uložia do batérie a vyberú si ju neskôr. Prvé pilotné projekty bežia už aj v SR. Prednosťou batériového úložiska môže ale využiť aj prevádzkovateľ distribučnej siete. Jedným zo spôsobov jeho využitia môže byť napríklad kompenzácia prietokov jalového výkonu do prenosovej sústavy a zabezpečenie kvalitatívnych parametrov dodávok elektrickej energie a spoľahlivosti v miestach, kde by investície do nových vedení a trafostaníc boli príliš vysoké alebo nie sú uskutočniteľné. Batériový systém je možné využiť aj na rýchle vyrovnávanie výkonovej bilancie v prenosovej sústave, a to buď v rámci lokálnej distribučnej sústavy na vyrovnávanie prudkého nárastu alebo úbytku spotreby, alebo na rýchle dodanie regulačnej energie v rámci obchodovania so silovou elektrinou, či na rozšírenie regulačného rozsahu a skvalitnenie služieb. v rámci poskytovania služieb výkonovej rovnováhy pre prevádzkovateľov elektroenergetickej prenosovej sústavy. Batériové úložiská hrajú dôležitú úlohu aj pri rozvoji e-mobility.

 

Značný ekonomický potenciál

Rešpektovaná poradenská spoločnosť McKinsey radí batériové úložiská, resp. nové technológie ukladania energie medzi desať zásadných technológií súčasnosti s obrovským ekonomickým potenciálom. K technologickému rozvoju v tejto oblasti aktuálne prispieva aj pokles cien batérií. Tie od roku 2014 podľa nemeckého zväzu BSW (Bundesverband Solarwirtschaft) zlacneli na polovicu. Aj vďaka tomu je teraz podľa BSW každá druhá strešná fotovoltaická elektráreň v Nemecku inštalovaná v kombinácii s batériovým úložiskom. Momentálne najväčšie európske úložisko sa nachádza aj v Nemecku: na severe krajiny pri meste Jardelund. Jeho výkon dosahuje 48 MW, kapacita je zhruba 50 MWh. V južnom Anglicku však pred nedávnou dobou začala výstavba ešte väčšieho batériového úložiska. To by malo dosahovať výkon 34 MW pri kapacite 68 MWh. Začať prevádzku by malo v priebehu roku 2021. Spoločnosť Siemens si prvú veľkú batériovú referenciu zapísala v roku 2012, kedy bol jej úložný systém pripojený k talianskej vysokonapäťovej distribučnej sieti Enel Distribuzione. Úložisko slúži ako podpora lepšej integrácie solárnej elektrárne do lokálnej siete a taktiež ako dobíjacia stanica pre elektromobily. Jeho základom sú lítiumiontové batérie s výkonom 1 MVA a kapacitou 0,5 MWh.

Lítium-iónové akumulátory

História lítium-iónových akumulátorov sa začala písať už na začiatku 20. storočia. Prvé experimenty v tomto smere vykonával Američan G. N. Lewis v roku 1912. V 70. rokoch spolu v ďalšom vývoji súťažili Bellove laboratóriá a laboratóriá spoločnosti Exxon. Na komercionalizáciu lítium-iónových batérií sme si však museli počkať ešte ďalších 20 rokov. Až na začiatku 90. rokov začali dodávať na trh lítium-iónové batérie spoločnosti Sony a Asahi Kasei. Išlo o malé batériové články pre spotrebnú elektroniku. Až potom sa tieto batérie začali uplatňovať aj vo väčších formátoch – v aplikáciách na skladovanie energie. Lítium-iónové batérie v súčasnej dobe predstavujú najvhodnejšiu, dostatočne vyskúšanú technológiu z hľadiska pomeru cena/výkon.

30 kW – 10 MW

"Batériové úložiská dodávané spoločnosťou Siemens, ktoré využívajú najnovšie modely výkonových lítium-iónových batérií a výkonovej elektroniky možno v súčasnej dobe nájsť v mnohých rôznych aplikáciách od výkonu 30 kW po 10 MW."

Elektrochemické akumulátory

Najbežnejšie typy akumulátorov sú založené na elektrochemickom princípe. Elektrochemické akumulátory využívajú premenu elektrickej energie na energiu chemickú, ktorú je možné v prípade potreby transformovať späť na elektrickú energiu. Prechádzajúci prúd v elektrochemickom akumulátore vyvolá vratné chemické zmeny, ktoré sa prejavia rozdielnym elektrochemickým potenciálom na elektródach. Z elektród sa potom dá čerpať na úkor týchto zmien elektrická energia späť. Pretože sú napätia na článkoch elektrochemických akumulátorov relatívne malé (okolo 1,2–3,7 V), sú tieto články tiež združované do akumulátorových batérií na dosiahnutie vyššieho napätia.

 

Najväčšie batériové úložisko v ČR


Dve úložiská väčších výkonov už Siemens inštaloval aj v Českej republike, konkrétne v juhočeských Mydlovaroch a Plané nad Lužnicou, pričom v druhom prípade sa jedná o skutočný technologický prielom. Ide o technológiu SIESTORAGE (Siemens Energy Storage). Unikátnosť batériového systému v Planej tkvie v tom, že v sebe koncentruje celý rad pokročilých funkcionalít. Najprv sa však venujme úložisku v Mýdlovaroch. SIESTORAGE v Mydlovaroch je umiestnený v jednom kontajneri, čo zásadne znížilo náklady na stavebnú časť a montážne práce v mieste realizácie. V kontajneri sa nachádza lítium-iónová batéria, Battery Management System, meniče, riadiaci systém, Energy Management System, systémy na napájanie vlastnej spotreby a ďalšie pomocné systémy zaisťujúce bezpečnú prevádzku zariadenia po celú dobu jeho životnosti. Práve vďaka výkonnému riadiacemu systému Siemens a vyspelým technológiám je SIESTORAGE možné integrovať do existujúcich systémov. Inštalovaná kapacita akumulačného systému SIESTORAGE je až 1,75 MWh, maximálny výkon (na strane striedačov) je 1,6 MW (s obmedzením na 0,99 MW na základe zmluvy o pripojení). Pre väčšiu názornosť uveďme, že ak by nastal blackout, kapacita umývadlovarského batériového úložiska by dokázala pokryť zhruba dennú spotrebu 130 rodinných domov či 650 bytov. To ale nie je hlavný dôvod inštalácie SIESTORAGE v južných Čechách. V rámci pilotného programu distribučná firma E.ON batériu primárne využíva na kompenzáciu odchýlok obchodníka s elektrickou energiou, pričom cieľom je vyskúšať v praxi aj ďalšie technické možnosti zariadenia – rýchlosť reakcie, kapacitu a vplyv na sieť. V areáli energetickej skupiny C-Energy v Planej nad Lužnicou bolo v roku 2019 uvedené do prevádzky batériové úložisko SIESTORAGE, ktoré má výkon 4 MW a kapacitu 2,5 MWh. To z neho robí najväčšie úložisko v Českej republike. Priemerná česká domácnosť by z neho mohla napájať svoje elektrické zariadenia až jeden rok. Spoločnosť C-Energy používa SIESTORAGE predovšetkým na zabezpečenie spoľahlivých dodávok elektriny vo vlastnom areáli, vrátane fotovoltaickej elektrárne s výkonom 500–600 kWp, v rámci dodávok do lokálnej distribučnej sústavy (LDS), na vytvorenie výkonovej zálohy na poskytovanie podpornej služby so štartom do piatich minút , prechodu a prevádzky LDS v ostrovnom režime, štarte energetického zdroja z tmy ak ďalším pokročilým funkcionalitám v závislosti od prevádzky závodu, ako sú regulácia frekvencie alebo výkonová regulácia. Vysoká variabilita systému je umožnená predovšetkým vďaka riadiacemu systému, ktorý bol vyvinutý spoločnosťou Siemens, a vhodnou voľbou kľúčových komponentov. Celé akumulačné zariadenie je umiestnené vo vonkajšom prostredí v troch kontajneroch, čo značne uľahčuje jeho prepravu a samotnú inštaláciu.

Sdílet článek

Chcete vediet viac? Napíšte nám

Odoslaním formulára súhlasím so spracovaním osobných údajov. Vyplnené osobné údaje budeme spracovávať za účelom spracovania vášho dopytu alebo dotazu. Vďaka tomu vám budeme môcť čo najskôr odpovedať a vyriešiť vašu požiadavku. Pre viac informácií kliknite tu.