Svoj primát na poli veľkých batérií dokázali Elon Musk a firma Tesla predať dokonale. Dohoda o stavbe padla na Twitteri a vyzerala skôr ako chlapčenská stávka než seriózny obchod: Tesla sľúbila postaviť najväčšiu batériu do troch mesiacov, alebo ju dodať zdarma, píše Technet.cz.
Stávka to nebola zďaleka taká bezhlavá, ako sa môže zdať. Tesla už na mieste stavby, v Južnej Austrálii, obhliadala terén a mala teda zákazku do istej miery pripravenú. Ale na také nuansy nie je na Twitteri miesto a čas. Dnes tak vďaka skvelo zvládnutej PR väčšina z nás asi vie, že najväčšiu batériu má Tesla.
Parametre si asi pamätajú len niektorí, tak pripomeňme, že v Južnej Austrálii stojace úložisko má celkovú kapacitu 129 MWh a maximálny výkon 100 MW. Laikom to môžeme priblížiť tak, že táto batéria dokáže dodávať zhruba 80 minút o niečo menší výkon než napríklad plzenská tepláreň. Jednotlivé bloky uhoľných teplární mávajú zhruba výkon dvojnásobný.
Z hľadiska klasickej energetiky nejde teda na pohľad o nič prevratné. Batéria však podľa dostupných informácií funguje podľa očakávaní a pomohla minimálne výrazne zmierniť ťažkosti v nevyváženej sústave Južnej Austrálie. A tri mesiace sú z hľadiska budovania energetickej infraštruktúry doslova žmurknutím oka a stavba batérií by tak mohla byť podstatne rýchlejším a lacnejším riešením než napríklad stavba vedenia. To je síce lacné, ale len príprava projektov trvá roky a výsledok býva neistý.
Nie je asi také prekvapivé, že prvenstvo Tesly dlho nevydrží. V blízkej dobe chce Muska tromfnúť britský miliardár Sanjeev Gupta, ktorý chce na rovnakom mieste postaviť o niečo málo väčšiu batériu s výkonom 120 MW a kapacitou 140 MWh. V Južnej Kórei sa potom chystá ešte väčšie zariadenie s maximálnym výkonom 150 MW, a to by mala čoskoro prekonať plánovaná 200mW batéria v Kalifornii...
Ale ani jedna z batérií si zrejme svojho prvenstvo dlho neužije. V dohľadnej dobe, možno dokonca už tento rok, by mala vstúpiť do prevádzky batéria, s ktorou žiadna z nich neznesie porovnanie. Pri meste Ta-lien na východnom pobreží Číny by totiž malo začať fungovať obrovské zariadenie s maximálnym výkonom 200 MW a celkovou kapacitou 800 MWh. Podrobnosti nie sú v tejto chvíli zrejmé, Čína je podstatne menej otvorené prostredie, ale na mieste už boli zahraniční návštevníci a je úplne jasné, že stavba prebieha a pokračuje.
Z iného sveta
Aj z nášho extrémne kusého prehľadu vám asi bolo nápadné, prečo sa parametre čínskej batérie, konkrétne jej kapacita, ktorá je takmer o radu vyššie, tak úplne zásadne líši od svojich konkurentov na našom pomyselnom rebríčku (ktorého hodnota je samozrejme predovšetkým marketingová). Dôvod je v tomto prípade technologický.
Všetky spomenuté inštalácie používajú technológiu lítiových článkov s tekutým elektrolytom, ktoré sú s prižmúrenými očami iba zväčšenou verziou batérií, ktoré poznáme z našich mobilných telefónov či počítačov. V Ta-lien však vzniká batéria - a spolu s ňou aj výrobný závod - využívajúca dosť odlišné technológie tzv. prietokových batérií. Tie sú pre použitie napríklad práve v elektronike či iných mobilných aplikáciách úplne nevhodné, avšak vo veľkých stacionárnych batériách by mohli nájsť ideálnu niku.
Prietokové batérie nie sú samozrejme žiadnou horúcou technologickou novinkou, známe sú dlhú dobu a v celom rade variantov. Existujú napríklad aj zinkobromidové batérie (BrZnBR) či bromidsodné batérie (PSB, Br/S), v Ta-lien má však vzniknúť vanádová redoxná batéria (označuje sa často skratkou VRB).
Svetlo sveta uzrela v 80. rokoch minulého storočia ako nečakaný potomok výskumu možných zdrojov energie pre vesmírne sondy. V zásade ide o typ, ktorý sa veľmi podobá konvenčným batériám. Jej jadrom sú membránou oddelené uhlíkové elektródy, cez ktoré preteká tekutý elektrolyt umiestnený v dvoch veľkých nádržiach. Elektrolyt je rozdelený na kladný a záporný, každý s vlastným okruhom, ktoré od seba na elektródach oddeľuje iónovo výmenná membrána s vhodnými vlastnosťami.
Možno ilustratívnejšie je teda o batérii hovoriť ako o palivovom článku, čitateľ by si tak zhruba mohol predstaviť hlavnú výhodu vanádových batérií - totiž možnosť nezávislého nastavenia výkonu a kapacity podľa priania a požiadaviek zadávateľa. Kapacitu batérie určuje veľkosť "nádrže" na kladný a záporný elektrolyt, ktorý v prípade väčšiny používaných vanadových redox batérií tvorí soli vanádu rozpustené v zriedenej kyseline sírovej. Výkon batérie naopak zase určuje konštrukcia samotného "motora", konkrétne povedané teda veľkosť aktívnej plochy a počet článkov v batériovom zväzku. Ak je takýto systém vhodne zapojený, umožňuje vytváranie veľkých systémov s prakticky nepretržitou prevádzkou (údržba jednej časti nemusí ovplyvniť funkciu celého zdroja).
Škálovateľnosť riešenia je veľkou výhodou predovšetkým pre veľké stacionárne zdroje. Samotný elektrolyt i nádrže, v ktorých sa uchováva, sú pomerne lacné, a tak cena za jednotku kapacity - obvykle sa udáva v dolároch za kWh - s rastúcou kapacitou batérie klesá. Trh s vanádovými batériami je pomerne malý, zmluvy neverejné, ale podľa dostupných informácií môže cena za kWh s rastúcou kapacitou klesať skutočne pomerne výrazne. U malých systémov sa dnes hovorí o cene okolo 500 dolárov/kWh, u väčších zdrojov sa však môže dostať pomerne ľahko pod 300 dolárov/kWh.
Malé nie sú
Pre stacionárne použitie sú batérie určené aj z iných dôvodov. Tým hlavným je nízka energetická hustota elektrolytu, rádovo v nízkych desiatkach kWh na m3 elektrolytu. Výkony sa môžu mierne líšiť podľa výrobcu a technológie (v posledných rokoch došlo k istému pokroku), ale v Ta-lien používaná technológia má všeobecne povedané energetickú hustotu zhruba 12 až 15 kWh na m3 elektrolytu. LiIon batérie sú v tomto ohľade takmer o radu lepšie (cca 300 kWh/m3), a tak nie je divu, že v mobilnom telefóne vanádovú batériu nikdy neuvidíte.
Na druhej strane tento typ batérií by mal byť extrémne trvanlivý. Batérii nijako nevadí hlboké vybitie a môže za svoju životnosť absolvovať podľa výrobcov desiatky tisíc cyklov, bez toho aby sa jej kapacita výrazne zmenila. Najmenšiu životnosť z celého systému má všeobecne povedané membrána, a aj tú výrobcovia udávajú v hodnotách presahujúcich 10 000 cyklov. V princípe potom nie je nemožné membránu vymeniť, aj keď s tým spojené náklady možno ťažko odhadovať; záleží samozrejme na cene membrány samotnej aj konštrukciu celej batérie. Navyše materiál samotných membrán sa vyvíja, takže ich životnosť by sa do budúcna mohla naďalej zvyšovať.
Keď hovoríme o novinkách, výrobca batérie pre Ta-lien, čínska spoločnosť Rongke Power, pracuje s klasickou technológiou vanádových prietokových batérií, ktorá využíva už spomínaný elektrolyt na báze kyseliny sírovej. Jeho nevýhodou je ako pomerne nízky obsah energie, tak napríklad tiež pomerne nízky rozsah pracovných teplôt, ktorý sa pohybuje medzi 10-40 ° C (v praxi sa teplota udržiava samozrejme ešte v užšom rozmedzí). To so sebou nesie nutnosť inštalácie systému riadenia teploty, ktorý zvyšuje spotrebu batériového systému na prevádzku, tým znižuje celkovú účinnosť skladovania energie. Nutnosť pomerne presnej regulácie teploty tiež samozrejme zvyšuje obstarávacie náklady.
K dispozícii sú však už aj modernejšie technológie, ktoré tento a niektoré ďalšie nešváry systému odstraňujú. Väčšina z nich pochádza z projektu americkej Pacific Northwest National Laboratory, ktorý sa z verejných peňazí uskutočnil v rokoch 2007-2011. V jeho rámci sa podarilo vyvinúť a demonštrovať nové zloženie elektrolytu, stále síce obsahuje toxické látky (je na báze chlornej zlúčeniny miesto kyseliny sírovej), ale zloženie viedlo ako k zvýšeniu mernej energetickej hustoty batérie, tak aj k rozšíreniu rozsahu pracovných teplôt.
Energetická hustota sa zvýšila na hodnoty nad 20 kWh na m3, čo síce stále batérie obmedzuje na stacionárne použitie, ale nesie so sebou prirodzene príjemné zníženie rozmerov celého systému. Čo sa pracovných teplôt týka, batérie s chlorným elektrolytom údajne môžu pracovať v rozmedzí približne 0-50 ° C, čo iste stále nie je ideálne a vyžaduje zabezpečenie tepelného riadenia celého systému, ale znovu ide o krok smerom k zvýšeniu praktickej využiteľnosti VRB systémov.
Zase Made in China?
Bude nesmierne zaujímavé sledovať, ako sa nová technológia bude presadzovať v praxi. Výsledky z projektu Pacific Northwest National Laboratory licencovala niekoľkých menším americkým spoločnostiam, ktoré sa od tej doby s väčším či menším úspechom pokúšajú presadiť na trhu. Ten je však inde ako v USA, odkiaľ tieto spoločnosti pochádzajú. Najväčšie plány s využitím vanádových batérií má Čína.
Dodávateľ Rongke Power chce vo svojom výrobnom závode počas tohto roka vyrobiť vanádové batérie s celkovou kapacitou rádovo stoviek MWh, ale počas niekoľkých nasledujúcich rokov by sa mala produkcia zvýšiť rádovo na jednotky GWh kapacity ročne.
To tiež mimochodom znamená, že vanádové batérie pokles ceny spojený s rozbehom masovej výroby ešte len čaká.
Firma Rongke Power sa zatiaľ s americkými subjektmi nedohodla na predaji technológie - a možno preto, že nemusia. Americké firmy s ňou nemôžu súperiť priamo cenou; za prvé preto, že žiadna z nich nemá takú veľkú prevádzku a teda porovnateľné úspory z objemu, a za druhé preto, že na dovoz batériových systémov má Čína uvalené 20 % clo.
Jedna z "následníckych" spoločností projektu Pacific Northwest National Laboratory, UniEnergy Technologies (spoluzakladali ju aj niektorí členovia výskumného tímu), aspoň v spolupráci s Rongke Power dodáva do Číny malé prietokové batérie pre vysielacie veže mobilných sietí. Avšak to je trh, ktorý do budúcna nebude rásť zrejme tak veľkým tempom ako trh s veľkokapacitnými úložiskami pre energetické potreby.
V ňom sa sa zdá byť potenciál ohromný. Cena obnoviteľných zdrojov energie stále klesá, samozrejme predovšetkým v oblastiach s vhodnými klimatickými podmienkami (dostatkom vetra a predovšetkým slnečného svitu), stále však bude platiť, že ich výroba nie je úplne predvídateľná. Dostatočne lacné batériové úložiská sú teda prirodzeným doplnkom.
Čína síce nemá najlepšie podmienky, ale obnoviteľné zdroje podporuje z iných dôvodov. Má silnú domácu výrobu, pre ktorú si tak môže zabezpečiť odbyt, a musí riešiť problémy so znečistením životného prostredia, predovšetkým ovzdušia. Obnoviteľné zdroje majú pomôcť znižovať podiel uhlia v energetike.
Tlak na budovanie obnoviteľných zdrojov pritom naráža tak na problémy s budovaním sieťovej infraštruktúry, ako aj na nespoľahlivosť dodávok z OZE. Práve v provincii Liao-ning, v ktorej leží Ta-lien, sa údajne vlani 15 % elektriny vyprodukovanej veternými elektrárňami nemohlo využiť, pretože v danej chvíli ju nemal kto odoberať. Pritom, ako sme hovorili, Čína plánuje ďalší rozvoj obnoviteľných zdrojov. Podľa plánu rozvoja energetickej infraštruktúry pre 13. päťročnicu by v roku 2020 mala byť čínska sieť pripravená integrovať zhruba 300 GW inštalovaného výkonu v obnoviteľných zdrojoch.
Odbytisko pre veľkokapacitné sieťová úložiska by teda malo byť zaistené. Čínski výrobcovia však môžu so svojimi batériami vyraziť aj do sveta. Ako to bolo v prípade fotovoltaických panelov, keď Čína vďaka štátnej podpore toto odvetvie do značnej miery ovládla.