Čína obří baterií trumfne Teslu

25.6.2018

SKLADOVÁNÍ ELEKTŘINY  - Na východě Číny se staví baterie s rekordní kapacitou 800 MWh, která nemá na světě obdoby.

Zoom galleryV Jižní Austrálii v současné době probíhá malý souboj miliardářů. V této části Austrálie už stojí v tuto chvíli stále největší baterie světa, kterou postavila Elonem Muskem vedená firma Tesla. Úložiště s kapacitou 129 MWh a maximálním výkonem 100 MW plní (a podle prvních zpráv úspěšně) roli zálohy v přenosové soustavě, která se v posledních letech potýkala s častými potížemi a také poměrně častými výpadky dodávek zákazníkům (včetně jednoho dlouhého black-outu, který zanechal ve veřejnosti „silný dojem“). Laikům to můžeme přiblížit tak, že tato baterie dokáže dodávat zhruba 80 minut o něco menší výkon než třeba plzeňská teplárna. Jednotlivé bloky uhelných tepláren mívají zhruba výkon dvojnásobný.

Musk dokázal i tak nudnému předmětu, jako je stavba obří baterie, dodat notnou dávku zajímavosti (viz box), a tak zpráva o stavbě oběhla svět. Méně už se ví, že Muskovi prvenství dlouho nevydrží ani v globálním, ani v lokálním měřítku. Ve stejném australském státě chce Teslu překonat britský miliardář Sanjeev Gupta s baterií o výkonu 120 MW a kapacitě 140 MWh. Gupta ovšem velmi pravděpodobně nebude první, kdo Muska překoná. V Jižní Koreji, kde sídlí velké společnosti, silné v oboru výroby baterií (LG i Samsung), by se pak mělo v brzké době spustit úložiště s maximálním výkonem 150 MW.

A ani jedno z těchto prvenství by nemělo vydržet dlouho. Letos či příští rok by měla být spuštěna baterie, se kterou žádná z nich nesnese srovnání. U města Ta-lien na východním pobřeží Číny by totiž mělo začít fungovat obří zařízení s maximálním výkonem 200 MW a celkovou kapacitou 800 MWh. Podrobný harmonogram stavby není veřejně k dispozici. Čína je podstatně méně otevřené prostředí, ale na místě už byli zahraniční návštěvníci a je zcela jasné, že stavba pokračuje.

Tak trochu jiná baterie

Čínský projekt je zajímavý nejen svými rozměry. Měla by to být demonstrace trochu jiného přístupu ke skladování elektřiny. Všechny zmíněné projekty s výjimkou toho čínského využívají lithiových článků s tekutým elektrolytem, které jsou s přimhouřenýma očima pouze zvětšenou verzí baterií, jež známe z našich mobilních telefonů či počítačů. Vlastnosti užitečné ve spotřební elektronice je ovšem v některých ohledech (například životnosti) činí poněkud problematickými pro použití ve velké energetice.

V Ta-lienu ovšem vzniká baterie – a spolu s ní i výrobní závod – využívající dosti odlišné technologie tzv. průtokových baterií. Ty jsou pro použití třeba právě v elektronice či jiných mobilních aplikacích zcela nevhodné, ovšem ve velkých stacionárních bateriích by mohly najít ideální uplatnění. Nejde o úplnou technologickou novinku, známé jsou dlouhou dobu a v celé řadě variant. Existují například také zinkobromidové baterie (BrZnBR) či bromidsodné baterie (PSB, Br/S), v Ta-lienu má ovšem vzniknout vanadová redoxní baterie (označuje se často zkratkou VRB).

Zoom gallery

Ilustrace: Jedním z klíčových komponentů každé VRB baterie je článek, ve kterém probíhá výměna náboje mezi elektrolyty. Jak vidno, tvoří ho více než jen membrána, a i v této oblasti se díky materiálovému inženýrství a novému výzkumu nabízí celá řada vylepšení. Například v životnosti membrány, která odděluje elektrolyt z obou nádrží od sebe.

Světlo světa spatřila v 80. letech minulého století jako nečekaný potomek výzkumu možných zdrojů energie pro vesmírné sondy. V zásadě jde o typ, který se velmi podobá konvenčním bateriím. Jejím jádrem jsou membránou oddělené uhlíkové elektrody, přes které protéká tekutý elektrolyt umístěný ve dvou velkých nádržích. Elektrolyt je rozdělen na kladný a záporný, každý s vlastním okruhem, které od sebe na elektrodách odděluje iontově výměnná membrána s vhodnými vlastnostmi.

Možná ilustrativnější je tedy o baterii mluvit jako o palivovém článku, čtenář by si tak zhruba mohl představit hlavní výhodu vanadových baterií – totiž možnost nezávislého nastavení výkonu a kapacity podle přání a požadavků zadavatele. Kapacitu baterie určuje velikost „nádrže“ na kladný a záporný elektrolyt, který v případě většiny používaných vanadových redox baterií tvoří soli vanadu rozpuštěné ve zředěné kyselině sírové. Výkon baterie naopak zase určuje konstrukce samotného „motoru“, konkrétně řečeno tedy velikost aktivní plochy a počet článků v bateriovém svazku. Pokud je takový systém vhodně zapojen, umožňuje vytváření velkých systémů s prakticky nepřetržitým provozem (údržba jedné části nemusí ovlivnit funkci celého zdroje).

Škálovatelnost řešení je velkou výhodou především pro velké stacionární zdroje. Samotný elektrolyt i nádrže, ve kterých se uchovává, jsou poměrně levné, a tak cena za jednotku kapacity – obvykle se udává v dolarech za kWh – s rostoucí kapacitou baterie klesá. Trh s vanadovými bateriemi je poměrně malý, smlouvy neveřejné, ale podle dostupných informací může cena za kilowatthodinu s rostoucí kapacitou klesat skutečně poměrně výrazně. U malých systémů se dnes mluví o ceně kolem 500 dolarů/kWh, u větších zdrojů se ovšem může dostat poměrně snadno pod 300 dolarů/kWh.

Na velikosti záleží

Pro stacionární použití baterie předurčují i jiné parametry. Hlavním je nízká energetická hustota elektrolytu, řádově v nízkých desítkách kWh na metr krychlový elektrolytu. Výkony se mohou poněkud lišit podle výrobce a technologie (v posledních letech došlo k jistému pokroku), ale v Ta-lienu používaná technologie má obecně řečeno energetickou hustotu zhruba 12 až 15 kWh/m3 elektrolytu. Lithiové baterie jsou v tomto ohledu téměř o řád lepší (cca 300 kWh m3), a tak není divu, že v mobilním telefonu vanadovou baterii nikdy neuvidíte.

Baterii nijak nevadí hluboké vybití a může za svou životnost absolvovat podle výrobců desítky tisíc cyklů, aniž by se její kapacita výrazně změnila. 

Na druhou stranu by tento typ baterií měl být extrémně trvanlivý. Nejmenší životnost z celého systému má obecně řečeno membrána, a i tu výrobci udávají v hodnotách přesahujících deset tisíc cyklů. V principu pak není nemožné membránu vyměnit, i když s tím spojené náklady lze těžko odhadovat; záleží samozřejmě na ceně membrány samotné i konstrukci celé baterie. Navíc materiál membrán se vyvíjí, takže jejich životnost by se do budoucna mohla nadále zvyšovat.

Když mluvíme o novinkách, výrobce baterie pro Ta-lien, čínská společnost Rongke Power, pracuje s klasickou technologií vanadových průtokových baterií. Její nevýhodou je jak poměrně nízký obsah energie, tak například rovněž poměrně nízký rozsah pracovních teplot, který se pohybuje mezi 10–40 °C (v praxi se teplota udržuje samozřejmě ještě v užším rozmezí). To s sebou nese nutnost instalace systému řízení teploty, který zvyšuje spotřebu bateriového systému na provoz, tím snižuje celkovou účinnost skladování energie. Nutnost poměrně přesné regulace teploty také samozřejmě zvyšuje pořizovací náklady.

K dispozici jsou ovšem už i modernější technologie, které tento a některé další nešvary systému odstraňují. Vývojové skupiny i týmy v různých zemích světa pracují na novém složení elektrolytu, které by vedlo jak ke zvýšení měrné energetické hustoty baterie, tak i k rozšíření rozsahu pracovních teplot.

Příkladem může být například technologie americké firmy UniEnergy Technologies. Ta chce v nové generaci baterií využívat elektrolyt opět založený na solích vanadu rozpuštěných ve směsi kyseliny sírové – a nově také kyseliny chlorovodíkové. Směs umožňuje zlepšit rozpustnost solí vanadu, díky čemuž je možné dosáhnout vyšších energetických hustot. Ta se zvýšila na hodnoty nad 20 kWh na m3, což sice stále baterie omezuje na stacionární použití, ale nese s sebou přirozeně příjemné snížení rozměrů celého systému. Firmě se také údajně podařilo zvětšit rozsah pracovních teplot, a baterie s chlorným elektrolytem údajně mohou pracovat v rozmezí zhruba 0–50 °C. To stále není ideální a vyžaduje zajištění tepelného řízení celého systému, ale znovu jde o krok směrem ke zvýšení praktické využitelnosti VRB systémů.

Ale pro nové nápady nemusíme chodit až tak daleko, na vylepšení vanadových baterií se pracuje i v Česku, jak se můžete přesvědčit v rozhovoru o Pinflow na našich stránkách.

Čínská specialita?

Co se praktického využití týče, největší plány s využitím vanadových baterií má Čína. Společnost Rongke Power, tedy dodavatel pro plánovanou baterii v Tan-lienu, chce ve svém výrobním závodu během letošního roku vyrobit vanadové baterie s celkovou kapacitou řádově stovek megawatthodin, ale během několika příštích let by se měla produkce zvýšit řádově na jednotky gigawatthodin kapacity ročně. To také mimochodem znamená, že vanadové baterie teprve čeká pokles ceny spojený s rozběhem masové výroby, který má na svědomí významnou část propadu cen lithiových baterií v posledních několika letech. Přitom již dnes jsou ceny VBR baterií v řadě případů podle všeho téměř srovnatelné s bateriemi lithiovými.

Potenciál technologie je tedy ohromný. Cena elektřiny z obnovitelných zdrojů energie stále klesá, samozřejmě především v oblastech s vhodnými klimatickými podmínkami (s dostatkem větru a především slunečního svitu), jejich výroba ovšem stále není dostatečně předvídatelná a regulovatelná. Levná, či spíše alespoň nepříliš drahá bateriová úložiště jsou tedy přirozeným doplňkem.

Čína sice nemá nejlepší podmínky, ale obnovitelné zdroje podporuje z jiných důvodů. Obnovitelné zdroje mají pomoci se „zkrocením“ uhlí, které je hlavním energetickým zdrojem čínského rozvoje, ale výrazně přispívá ke znečišťování ovzduší. Tlak na budování obnovitelných zdrojů přitom naráží jak na potíže s budováním síťové infrastruktury, tak i na nespolehlivost dodávek z OZE.

Právě v provincii Liao-ning, ve které leží Ta-lien, se údajně loni 15 % elektřiny vyprodukované větrnými elektrárnami nemohlo využít, protože v danou chvíli ji neměl kdo odebírat. Přitom, jak jsme říkali, Čína plánuje další rozvoj obnovitelných zdrojů. Podle plánu rozvoje energetické infrastruktury pro 13. pětiletku by v roce 2020 měla být čínská síť připravena integrovat zhruba 300 GW instalovaného výkonu v obnovitelných zdrojích.

Odbytiště pro velkokapacitní síťová úložiště by tedy mělo být zajištěné. Čínští výrobci však mohou se svými bateriemi vyrazit i do světa. Jako to bylo v případě fotovoltaických panelů, kdy Čína díky státní podpoře toto odvětví do značné míry ovládla. 

(spe)

Titulní foto: Výrobní závod společnosti Rongke Power v čínské provincii Ta-lien, stav z roku 2017. Závod není dokončen, výroba v něm se má v příštích dvou letech zvýšit zhruba o řád. Po dokončení by se tu měly vyrábět ročně baterie o celkové kapacitě cca 3 GW. 

Zoom gallery

Srovnání zatím největší fungující baterie na světě v Jižní Austrálii a plánované baterie v Číně. Čínská baterie má sice jen o polovinu větší výkon, ale udrží zhruba šestkrát více energie. V případě black-outu by dokázalo budované úložiště dodávat elektřinu domácnostem (pouze jim) ve 100tisícovém městě zhruba dva dny. 

Svět plný energie > Témata > Čína obří baterií trumfne Teslu

Aktuality
3.10.2018 Pět set korun za připojení

100 LET - Stejně jako dnes platilo také samozřejmě i tehdy - za první republiky, že připojení do elektrické sítě nebylo zcela zadarmo. celý článek

17.9.2018 Přeceněná „chytrost“

AKTUALITY - Chytré sítě jsou dnes velkým trendem, ale jejich zavádění do praxe začíná ukazovat, že skutečnost se od slibů může někdy dosti lišit. celý článek

15.6.2018 Americký plyn zatím Evropě "nevoní"

AKTUALITY - Evropský trh, který se měl dle očekávání stát hlavním odbytištěm zkapalněného zemního plynu (LNG), zatím neprošel žádnou změnou. celý článek

1.6.2018 V květnu stoupla cena ropy na 80 dolarů

AKTUALITY - Poprvé zhruba od konce roku 2014 se ceny ropy na světových spotových trzích dostaly zhruba na 80 dolarů za barel ropy Brent. celý článek

26.3.2018 Největšímu výrobci elektromobilů nejdou baterie

AKTUALITY - Muskově Tesle neběží byznys úplně hladce. celý článek

  

Chcete dostávat své osobní vydání tištěného magazínu Svět plný energie?

Ano, chci

Podporujeme:

SVĚT PLNÝ ENERGIE

Webový magazín a tištěný
čtvrtletník přináší témata,
zajímavosti, rozhovory
a důležité informace nejen
ze světa plného energie.

Pro Lumius, spol. s r.o.
vydává Business Media CZ

Redakce:
Josef Janků,
Jakub Merta, Jan Gregor

Grafické zpracování:
Michael Ehrlich

Texty:
neoznačené materiály jsou redakční

Foto:
archiv firem a autorů, redakce,
Thinkstock

Kontakt:

Aktuality
3.10.2018 Pět set korun za připojení

100 LET - Stejně jako dnes platilo také samozřejmě i tehdy - za první republiky, že připojení do elektrické sítě nebylo zcela zadarmo. celý článek

17.9.2018 Přeceněná „chytrost“

AKTUALITY - Chytré sítě jsou dnes velkým trendem, ale jejich zavádění do praxe začíná ukazovat, že skutečnost se od slibů může někdy dosti lišit. celý článek

15.6.2018 Americký plyn zatím Evropě "nevoní"

AKTUALITY - Evropský trh, který se měl dle očekávání stát hlavním odbytištěm zkapalněného zemního plynu (LNG), zatím neprošel žádnou změnou. celý článek

1.6.2018 V květnu stoupla cena ropy na 80 dolarů

AKTUALITY - Poprvé zhruba od konce roku 2014 se ceny ropy na světových spotových trzích dostaly zhruba na 80 dolarů za barel ropy Brent. celý článek

26.3.2018 Největšímu výrobci elektromobilů nejdou baterie

AKTUALITY - Muskově Tesle neběží byznys úplně hladce. celý článek

  

Chcete dostávat své osobní vydání tištěného magazínu Svět plný energie?

Ano, chci

Podporujeme:

SVĚT PLNÝ ENERGIE

Webový magazín a tištěný
čtvrtletník přináší témata,
zajímavosti, rozhovory
a důležité informace nejen
ze světa plného energie.

Pro Lumius, spol. s r.o.
vydává Business Media CZ

Redakce:
Josef Janků,
Jakub Merta, Jan Gregor

Grafické zpracování:
Michael Ehrlich

Texty:
neoznačené materiály jsou redakční

Foto:
archiv firem a autorů, redakce,
Thinkstock

Kontakt: