Ako sa bude skladovať elektrina?

Za posledné roky zaznamenala krajina výrazný nárast výroby vďaka zavedeniu tzv. feed-in taríf (v SR poplatkov z prevádzkovanie systému, ktorými sa dotujú niektoré zdroje energie – pozn. red.), zníženiu nákladov na nízkouhlíkové technológie a zmenu prístupu k samostatnej výrobe energie.

Napríklad kapacita inštalovaných solárnych panelov sa v rozmedzí rokov 2011 až 2014 zvýšila päťnásobne.

Jedným z trendov, vyplývajúcich zo smerníc EÚ, je aj zatváranie tradičných veľkých uhoľných elektrární. Výsledkom je zníženie inštalovanej kapacity tohto typu energie od roku 2011 do 2015 o 9 GW.

Výroba elektriny sa v roku 2014 podieľala 36 percentami na všetkých uhlíkových emisiách Británie. Preto ak chce krajina splniť cieľ znížiť o 80 % emisie skleníkových plynov do roku 2050, podľa štúdie s názvom Môže uskladňovanie napomôcť zníženiu nákladov systému elektrickej energie Veľkej Británie v budúcnosti?, o ktorej Energie-portal.sk nedávno informoval, je potrebné sa zamerať aj na ostatné odvetvia, najmä dopravu a budovy (teplo).

Elektrifikácia

Elektrifikáciou týchto odvetví sa znížia emisie, samozrejme iba ak bude založená na nízko-uhlíkových zdrojoch. Tu však nastáva problém, pretože nárasty špičkového odberu v systéme budú podstatne vyššie ako dodatočné opatrenia na strane dodávok v týchto odvetviach.

Tieto spomenuté trendy budú mať celý rad dopadov na elektrický systém. Jedným z nich je často uvádzaná kritika mnohých obnoviteľných zdrojov energie, že ponuka vyrábanej energie môže byť k dispozícii počas obmedzeného dopytu, prípadne naopak.

Ostatné formy výroby ako je biomasa, atómová energia alebo zachytávanie a skladovanie uhlíka fungujú na konštantnej úrovni produkcie a takisto nie sú schopné zvýšiť výkon v časoch veľkého odberu a podľa autorov štúdie budú potrebovať cenové signály podobné alebo ešte väčšie ako veterné generátory, na to, aby znížili výkon v čase nízkeho odberu.

Rezervná kapacita

Základným faktorom pri bezpečnosti dodávok je rezervná kapacita („capacity margin“). Súčasné rezervy stačia na zvládanie šokov, no v stredno a dlhodobom horizonte to tak nemusí byť.

Zvýšený podiel solárnej a veternej energie bude znamenať nahrádzanie tradičných uhoľných alebo plynových elektrární.

Prečítajte si tiež:

-> Najvyzretejšou technológiou skladovania elektriny sú prečerpávacie nádrže. Skladovanie elektriny sa pri rozmachu obnoviteľných zdrojov energie stane cieľom strategických investícií.

-> Uskladňovanie elektriny môže priniesť nižšie ceny pre domácnosti. To je jeden z hlavných záverov britskej štúdie s názvom “Môže uskladňovanie napomôcť zníženiu nákladov systému elektrickej energie Veľkej Británie v budúcnosti?”. Skúma možné scenáre budúceho vývoja elektrického systému a vplyvu spôsobov uskladňovania energie z hľadiska ceny účtov, ktoré platia užívatelia.

Tieto sa budú častejšie reštartovať a využívať iným spôsobom ako doteraz, čo sa prejaví na zvýšených nákladoch na ich údržbu, vyššie opotrebovanie, kratšiu životnosť a väčší environmentálny dopad kvôli nižšej efektivite a vyšším emisiám na jednotku výkonu.

Hlavné technológie pre uskladňovanie elektriny rozdeľuje štúdia do niekoľkých typov.

Hromadné uskladňovacie spôsoby sa nachádzajú prevažne v prevodovej sústave s pomerne dlho trvajúcimi kapacitami pre uskladnenie. Zabezpečujú veľkorozmerné uskladnenie a vybíjanie elektriny podľa potrieb siete.

Patrí sem uskladnenie s vodnými prečerpávacími elektrárňami, čo je technologicky najvyspelejšia a najpoužívanejšia skladovacia technológia. Čas odozvy týchto systémov je rýchly, rádovo v sekundách a dosahuje vysokú mieru efektivity.

Hromadným spôsobom uskladnenia je aj energia stlačeného vzduchu, kde sa elektrina používa prostredníctvom kompresoru na jeho stlačenie a následné uskladnenie v nádobách alebo v podzemných priestoroch.

Distribuované uskladnenie

Ďalším typom uchovávania elektrickej energie je distribuované uskladnenie. Tieto technológie sú zvyčajne menšie v porovnaní s predchádzajúcim typom a skladovacia kapacita je krátkodobejšia.

Preto sú vhodnejšie pre využitie tam, kde je potrebné pripojiť sa na stredne alebo nízko napäťové distribučné siete. K týmto technológiam patria:

• Litium-iónové batérie, ktoré predstavujú najrýchlejšie sa rozvíjajúce batériové technológie per sieťové aplikácie. Svoj náskok pred konkurenciou získali vďaka rozvoju používania v dopravných aplikáciach a v súčasnosti sa používajú na celom svete v menších distribučných systémoch (1 – 10 kW) aj veľkých systémoch s rýchlou odozvou per frekvenčné služby a časové posúvanie energie („energy time shifting“) (1-50 MW).

• Sodíkovo-sírové batérie sa považujú za komerčnú technológiu s využitím per niekoľko sieťových aplikácií. Sú zaujímavé per svoj dlhý čas vybíjania, schopnosť rýchlej odozvy a dlhý životný cyklus. Ich rýchlejšiemu rozšíreniu vo svete bráni kombinácia problémov s bezpečnosťou a chýbajúcej diverzifikovanej dodávateľskej siete.

• Vanádiové prúdiace batérie sú založené na iónoch vanádia nachádzajúcich sa vo vodno-kyselinovom roztoku. Medzi ich výhody patrí žiadna prílišná kontaminácia elektrolytmi, minimálna miera samovybíjania, dlhý životný cyklus a oddelenie elektriny a energetických častí, čo znamená, že pridávať skladovaciu kapacitu je oveľa ľahšie a nákladovo efektívnejšie.

• Systém uskladňovania skvapalneného vzduchu využíva elektrinu na poháňanie skvapalňovača vzduchu a výrobu tekutého vzduchu, ktorý sa potom skladuje v izolovaných nádobách. Táto technológia sa zatiaľ komerčne nevyužíva.

• Skladovanie tepla – tepelné čerpadlo premieňa elektrickú energiu na teplo, ktoré sa následne uskladňuje v štrkom naplnených izolovaných nádobách.

Rýchle uskladnenie

Posledným typom uchovávania elektrickej energie je tzv. rýchle skladovanie. Tieto technológie sa vyznačujú schopnosťou dodávať maximálnu energiu vo veľmi krátkych časoch vybíjania rádovo v milisekundách až sekundách.

Preto sú vhodné per špecifické využitie, napríklad pri okamžitej stabilizácii napätia.

Patria sem zotrvačníky, ktoré uchovávajú elektrinu ako kinetickú energiu tým, že zvyšujú rýchlosť rotácie disku alebo rotora okolo svojej osi. V poslednej dobe nachádzajú čoraz väčšie uplatnenie v sieťových aplikáciach, najmä pri regulovaní frekvencie.

Rýchloskladovacou technológiou sú aj superkondenzátory. Sú to vlastne kondenzátory s vyššou kapacitou per uchovávanie energie. Preto sú schopné sa vybíjať počas dlhšieho časového obdobia ako tradičné kondenzátory.

Podobne ako zotrvačníky majú rýchlu odozvu počas nabíjacích a vybíjacích cyklov a môžu sa používať na dodávanie vysokého výkonu vo veľmi krátkom čase.

Uskladnenie elektriny zmenia lacné batérie z rastlín

Jedným z predpokladov masívnejšieho využívania obnoviteľných zdrojov energie je uskladnenie takto vytvorenej elektriny.

Okrem základných spôsobov, ktoré sa už aj v praxi začínajú používať, vedci prichádzajú so stále novými riešeniami. Tieto posúvajú ich celkovú efektivitu, náklady na prevádzku, či environmentálny dopad stále dopredu.

Napríklad isté chemické zlúčeniny – pigmenty, nachádzajúce sa v mnohých rastlinách, možno využiť ako základ organických molekúl pri výrobe batérií. Látky možno získať z lacných a hojne sa vyskytujúcich zdrojov, akým je napríklad rebarbora alebo odpad z ropy. Podľa harvardských vedcov takáto batéria môže stlačiť náklady na uskladnenie elektriny k 100 dolárom za kWh, čo vraj “zmení svet”.

Použité batérie z elektromobilov zlacnia uskladňovanie elektriny

Potenciál lítium-iónových batérií pri stacionárnom uskladňovaní energie môže byť väčší ako sa doteraz predpokladalo.

Vyplýva to zo štúdie Bloomberg New Energy Finance, podľa ktorej by množstvo použitých batérií z automobilov mohlo priniesť výrazné zníženie nákladov pri tomto type uskladňovania.

Náklady na opätovné použitie by mohli klesnúť do roku 2018 k 50 dolárom za kWh. Nové batérie v súčasnosti stoja približne 300 dolárov za kWh. Základný predpoklad Bloombergu je založený na očakávaní, že použité batérie z elektromobilov v celkovej kapacite zhruba 10 GWh sa uplatnia pri ďalšom skladovaní.

To by znamenalo prakticky odsunutie ostatných druhov batérií na vedľajšiu koľaj.

Prudký rozmach v najbližších rokoch

Motorom uskladňovania elektrickej energie budú domácnosti a podniky, používajúce batérie namiesto strešných solárnych panelov a iných obnoviteľných energetických systémov.

Celosvetový trh uskladňovania elektrickej energie sa má zdvojnásobiť. Podľa štúdie spoločnosti IHS sa lítium-iónové batérie stanú v nasledujúcich desiatich rokoch mainstreamovou technológiou uskladňovania elektriny s 80% podielom zo všetkých možných spôsobov.

Len v tomto roku sa pre celkový trh s uskladňovaním energie očakáva nárast z 1,4 gigawatt hodín na 2,9 Gwh. Do roku 2025 by to malo byť podľa odhadov IHS 21 GWh. Zhruba polovica zariadení bude inštalovaných domácnosťami a podnikmi a určená pre samostatnú spotrebu alebo rezervné účely.

“Uskladňovanie energie bude rásť rovnako rýchlo ako solárne zariadenia v predchádzajúcich rokoch, čo vyvoláva záujem širokej škály hráčov. Zvýrazňujú to aj nedávne zlúčenia a akvizície z radov výrobcov automobilov, významných ropných a plynárenských spoločností a tradičných dodávateľov energie,” uvádza vo vyhlásení hlavná analytička IHS Marianne Boust.

Vedci z MIT riešia účinnejšiu produkciu i skladovanie solárnej energie

V prvých dňoch nového roka vedci z Massachusetts Institute of Technology (MIT) pustili do sveta hneď niekoľko správ týkajúcich sa vývoja noviniek v sektore solárnej energie.

Výskumníci chcú dosiahnuť zvýšenie celkovej účinnosti solárnych článkov aspoň o 30 percent. Vytvorili tiež materiál, ktorý môže zhromažďovať energiu zo slnečného žiarenia a uvoľniť ho v podobe tepla o niekoľko hodín či dní neskôr.

Vedci z MIT riešia účinnejšiu produkciu i skladovanie solárnej energie

Cieľom výskumu vedcov z Massachusetts Institute of Technology (MIT) je dospieť k ľahším a účinnejším plochým solárnym článkom. V decembri 2015 odštartovali trojročný projekt s rozpočtom 3,5 milióna USD.

Chcú dosiahnuť zvýšenie celkovej účinnosti aspoň o 30 percent, čo je asi 5 percentuálnych bodov nad dosiaľ najlepšou účinnosťou dosiahnutou prostredníctvom technológie solárnych článkov z kryštalického kremíka. Konečným cieľom je dostať technológiu na trh.

"Sme na začiatku, pre spoluprácu hľadáme spoločnosti, ktoré by mali záujem nájsť spôsob, ako uviesť túto technológiu na trh po skončení financovanie tohto trojročného projektu," povedal hlavný výskumník Jurgen Michel, vedúci vedecký pracovník MIT Microphotonics Center a odborný asistent na katedre materiálových vied a strojárenstva.

(Aktualizované 13.3.2017)

© PROPERTY & ENVIRONMENT s. r. o. Autorské práva sú vyhradené a vykonáva ich vydavateľ.