Existujú nevýhody systémov skladovania energie na úrovni siete?
Keď hovoríme o obnoviteľnej energii, v miestnosti je vždy tento slon, ktorý akoby všetci tancovali okolo - úložiska. Skladovanie energie na úrovni siete znie na papieri brilantne a je určite nevyhnutné, ak chceme, aby veterná a solárna energia fungovali vo veľkom rozsahu. Nevýhody systémov na skladovanie energie na úrovni siete sa však hromadia veľmi rýchlo, keď sa prehrabete v marketingových brožúrach a vládnych dotáciách.
Prvá vec, ktorá vás zasiahne, je cena. Nielen počiatočné kapitálové výdavky, ktoré sú{1}}dostatočne lákavé, ale aj prevádzkové náklady, ktoré rok čo rok neustále tečú. Vezmite si Hornsdale Power Reserve v južnej Austrálii - veľký batériový projekt Tesly z roku 2017, ktorý každý rád uvádza ako úspešný príbeh. Iste, stabilizuje sieť počas frekvenčných udalostí, ale systém 150 MW / 194 MWh stál okolo 90 miliónov AUD (www.abc.net.au). Vychádza to na približne 600 000 USD za megawatt{15}}hodinu úložnej kapacity. Pre systém, ktorý degraduje každý jeden nabíjací cyklus.
Lítium{0}}iónové batérie, ktoré v súčasnosti dominujú na trhu so sieťovými úložiskami, strácajú každý rok približne 2 – 3 % svojej kapacity len v dôsledku starnutia kalendára, aj keď ich príliš nepoužívate. Okrem toho je tu degradácia cyklu. Väčšina komerčných batériových systémov má záruku na približne 80 % kapacity po 10 rokoch, čo znamená, že v podstate platíte za skladovanie, ktoré sa pomaly vyparuje. Ekonomika má zmysel iba v špecifických prípadoch použitia, ako je regulácia frekvencie, kde dostávate platené prémiové sadzby za milisekundové časy odozvy.
Ani otázkam bezpečnosti sa nevenuje dostatočná pozornosť. Každý si pamätá, keď v roku 2021 zachvátil požiar batériového zariadenia Moss Landing v Kalifornii. Išlo o 300 MW / 1 200 MWh inštaláciu - jednu z najväčších na svete v tom čase - a muselo byť niekoľko mesiacov odstavené. Potom v roku 2022 OPÄŤ zachvátil požiar (www.energy{10}}storage.news). Toto nie sú malé kuchynské požiare, o ktorých hovoríme. Lítium{14}}iónové tepelné úniky je neuveriteľne ťažké uhasiť a uvoľňujú toxické plyny. Hasičský zbor to v podstate musí nechať vyhorieť a zároveň zabrániť tomu, aby sa všetko ostatné chytilo.
Kalifornia inštaluje batériové úložisko ako blázon, ale naráža na tento zásadný problém, keď sa batérie môžu vybíjať len asi 4 hodiny pri menovitom výkone. To je v poriadku na večerné oholenie, keď slnko klesne, ale je to zbytočné na viac-dňové počasie alebo sezónne výkyvy. Na zvládnutie týždňových zamračených období v zime by ste potrebovali 50{5}}100-krát väčšiu úložnú kapacitu, čo robí už aj tak pochybnú ekonomickú situáciu úplne absurdnou.
Dovoľte mi, aby som vám hodil nejaké technické čísla. Typický systém úžitkovej-lítium-iónovej batérie{2}}váhy má spiatočnú-účinnosť približne 85-90 %, čo znie slušne, kým si neuvedomíte, že 10-15 % vašej energie sa rozplynie v teple. Za každých 100 MWh, ktoré uskladníte, získate späť len 85-90 MWh. Porovnajte to s prečerpávacou vodnou nádržou s účinnosťou 70-80 % – áno, je to nižšie, ale prečerpávacia vodná nádrž dokáže akumulovať energiu celé mesiace bez výrazných strát, zatiaľ čo batérie sa samovybíjajú približne 1-3 % za mesiac.
Environmentálna stránka je tiež chaotická. Ťažba lítia, kobaltu, niklu - to nie sú čisté procesy. Táto správa z roku 2020 ukazuje, že výroba batérií produkuje značné emisie CO2, niekde v rozsahu 60 – 150 kg CO2 na kWh kapacity batérie v závislosti od energetického mixu použitého pri výrobe. Ak vaša sieť stále beží na uhlí, zatiaľ čo budujete batériové úložisko, v podstate iba presúvate uhlíkové emisie, nie ich eliminujete.
Potom je tu problém dodávateľského reťazca materiálu. Už sme svedkami prudkého nárastu cien lítia, a to ešte pred masívnym nárastom-výroby elektromobilov. Sieťové úložiská a elektrické vozidlá súperia o rovnaké materiály batérií a jednoducho nie je dostatok výrobnej kapacity na uspokojenie oboch trhov v rozsahu, o ktorom sa diskutuje. Niektorí analytici predpovedajú nedostatok lítia do roku 2025 alebo 2026. Veľa šťastia pri budovaní terawatt{6}}hodín úložiska, keď nemôžete získať materiály.
Prietokové batérie sú stále propagované ako riešenie, ale už desaťročia sú „hneď za rohom“. Hustota energie je strašná - batérie s vanádiovým prietokom zvládajú približne 20-30 Wh/kg v porovnaní s lítium-iónovými 200+ Wh/kg. To znamená obrovské nádrže s roztokom elektrolytu, veľa potrubí, ktoré môžu unikať, čerpadlá, ktoré spotrebúvajú energiu a vyžadujú údržbu. A napriek všetkým sľubom je inštalovaná základňa prietokových batérií na celom svete v porovnaní s lítium-iónovými batériami stále malá. Asi to má svoj dôvod.
Prečerpávacia vodná elektráreň momentálne tvorí asi 95 % celosvetovej skladovacej kapacity siete, ale nemôžete ju postaviť len tak hocikde. Potrebujete správnu geografiu - dve veľké nádrže v rôznych nadmorských výškach, najlepšie v blízkosti prenosovej infraštruktúry. Samotné environmentálne povolenie trvá roky. Keď spoločnosť Pacific Gas & Electric nedávno navrhla prečerpávacie vodné zariadenie v Kalifornii, hľadeli na 8-10 rokov len na povolenia a environmentálne štúdie, kým sa prelomia. A to za predpokladu, že žiadne súdne spory od environmentálnych skupín sa nestarajú o biotopy rýb.
Výzvy integrácie siete si zaslúžia vlastnú diskusiu. Pridanie veľkého množstva úložného priestoru si vyžaduje modernizáciu transformátorov, ochranných systémov a riadiacej infraštruktúry. Nie je to plug-and{3}}play. Keď sa batérie rýchlo vybíjajú, môžu spôsobiť problémy s kvalitou energie - kolísanie napätia, harmonické skreslenie. Sieť nebola navrhnutá pre tisíce distribuovaných batériových systémov, ktoré sa všetky nabíjajú a vybíjajú polo-náhodne na základe slnečnej výroby a časových{8}}-signálov používania.
Kalifornský prevádzkovateľ siete CAISO musel vyvinúť úplne nové trhové pravidlá a systémy ponúk na prispôsobenie sa skladovaniu a stále na to prichádzajú. Skladovanie sa môže zúčastňovať na trhoch s energiou, kapacitných trhoch, trhoch doplnkových služieb -, ale pravidlá sú v každej jurisdikcii iné a neustále sa menia. Táto regulačná neistota sťažuje financovanie projektov, pretože investori nevedia, s akými tokmi príjmov môžu počítať.
S ukladaním a nasadením obnoviteľnej energie je tu tiež jeden zvláštny problém s kuracím{0}}a{1}}vajcom. Potrebujete viac úložiska, aby ste umožnili viac obnoviteľných zdrojov, ale úložisko je drahé, čo robí kombinovaný systém drahším, čo spomaľuje zavádzanie obnoviteľných zdrojov. Nemecko to zistilo ťažkým spôsobom -, že nainštalovalo obrovské množstvo solárnej a veternej energie, ale nemá ani zďaleka dostatok úložného priestoru, takže nakoniec obmedzia výrobu obnoviteľných zdrojov, keď produkcia prevyšuje dopyt, alebo zapália elektrárne na fosílne palivá, keď nefúka vietor.
Problém životnosti ma trápi viac ako väčšina iných faktorov. Elektráreň na zemný plyn môže pri pravidelnej údržbe fungovať 30-40 rokov. Prečerpávacie vodné zariadenia majú životnosť 50-100 rokov. Lítium-iónové batérie? Pozeráte sa na 10-15 rokov pred výmenou, možno 20, ak ich budete mať dieťa a úplne sa nenabijú/vybijú. To znamená niekoľkonásobnú výmenu celých inštalácií batérií počas životnosti solárnych panelov alebo veterných turbín, ktoré majú podporovať. Náklady na životný cyklus nie sú priaznivé.
A to som sa nedostal ani do požiadaviek na využitie územia. Batériové inštalácie si vyžadujú značný priestor, budovy s riadenou klímou{1}}, protipožiarne systémy, bezpečnostné oplotenie. Batéria s kapacitou 100 MWh môže zaberať niekoľko akrov. Vynásobte to stovkami alebo tisíckami takýchto zariadení potrebných na seriózne{5}}skladovanie v sieti a hovoríte o veľkom množstve pôdy. Na miestach ako Japonsko alebo Singapur, kde je pôda drahá, sa to stáva hlavným obmedzením.
Existujú teda nevýhody systémov skladovania energie na úrovni siete? Áno, absolútne áno. To neznamená, že skladovanie nie je potrebné alebo že by sme ho nemali stavať. Ale predstierať, že výzvy neexistujú alebo že sa magicky vyriešia s dostatkom dotácií a optimizmu, je hlúposť. Toto sú skutočné inžinierske, ekonomické a materiálové problémy, ktoré si vyžadujú skutočné riešenia, nielen roztlieskavačky.