Jak uložit elektřinu? Nabízí se lithium, olovo, Tesla i slaná voda

Veletrh The Smarter E Europe v Mnichově byl oborově členěn na několik pododdílů:

• Intersolar 2018, přední veletrh solárních technologií,
• EES Europe (Electrical Energy Storage) oddíl věnovaný elektrickým úložištím,
• Power2Drive zabývající se elektromobilitou,
• EM-Power zasvěcený inteligentnímu řízení výroby a spotřeby v průmyslu a v budovách.

Zde se podíváme na různorodá elektrická úložiště v sekci EES Europe 2018.

Lithiové baterie

Výstavě dominovala domácí a průmyslová řešení na bázi lithiových baterií. Ty jsou postavené tak, že z lithiových článků – zatím v naprosté většině typu 18650 – se sestaví modul o kapacitě v řádu jednotek kilowatthodin a jednotlivé moduly se pak skládají do větších celků. Ty jsou podle velikosti a nastavení určené buď pro domácí použití (obvykle do 100 kWh), nebo pro využití průmyslové (v řádu jednotek MWh). Často stánky nenabízely jen samotná úložiště, mnoho firem baterie vystavovalo po boku fotovoltaiky, střídačů nebo nabíječek elektromobilů jako součást „kompletního řešení“.

Domácí baterie

Pro domácí využité se nejčastěji používají lithiové baterie o kapacitě v řádu jednotek až desítek kilowatthodin. Úložiště takové velikosti zvládnou postavit i start-upy a tento typ baterií tak bylo možné na veletrhu potkat nejčastěji. Mezi zavedené hráče v tomto odvětví patří německý Sonnen. Vedle nich ale svou baterii vystavovaly i firmy s širší agendou podle hesla „kde jsou panely a střídače, tam jsou i baterky“. Sem patří společnosti jako Fronius, BYD, Trina Solar, Solarwatt nebo Mercedes-Benz a samozřejmě Tesla.

Příklady domácích baterií na veletrhu EES Europe 2018

Společně s domácími i podnikovými bateriemi na bázi lithium-železo fosfát nabízí společnost Sonnen celý ekosystém pro sdílení elektřiny zvaný sonnenCommunity. Ta umožňuje svým členům využívat společnou virtuální baterii, kam mohou posílat své přebytky a odkud si je také mohou kupovat, když zrovna nemají dostatek elektřiny z vlastního zdroje. Za každou kilowatthodinu poslanou do sítě členové sonnenCommunity dostávají finanční odměnu a zároveň slevu na elektřinu, kterou ze sítě odeberou. Bilanci mezi jednotlivými stranami zajišťuje software, sonnenCommunity tak nahrazuje dodavatele elektřiny. Poplatek za využití těchto služeb je však 19,99 eur měsíčně.

Domácí baterie Sonnen

Další možností je pronajmutí části své baterie pro potřeby sítě s tarifem sonnenFlat. Desítky tisíc domácností se tímto tarifem spojí dohromady a vytvoří soubor baterií s vysokou úložnou kapacitou. Když je potom v síti přebytek elektřiny (např. z důvodu větrného počasí), lze ho rozprostřít do domácích baterií, aby nepřetěžoval síť. Za poskytnutí této služby je majitelům baterií poskytována sleva za odebranou elektřinu ze sítě až na 0 eur.

Velkokapacitní úložiště

Vedle domácích baterií byla na výstavě k vidění i úložiště průmyslová. Ta mohou sloužit k zálohování firemní sítě, vyrovnávat výrobu solárních a větrných farem, ale najdou uplatnění i v regulaci sítě při stabilizaci frekvence nebo jako posila pro dobu odběrových špiček. Vhodnost pro průmyslové využití se u baterií projevuje nejen velikostí a vyšším výkonem, ale také například tím, že mívají standardně třífázový výstup. Průmyslové baterie obvykle vypadají jako kovový regál (rack), do něhož se podle potřeby zasouvá příslušný počet bateriových modulů (packů). Podle požadované velikosti se pak „regály“ instalují samostatně, nebo se umístí do kontejneru. Mezi nejznámější průmyslová úložiště patří Tesla Powerpack, kterou si mohli návštěvníci EES Europe prohlédnout zblízka i zevnitř. Kromě samotných bateriových modulů je na fotografiích vidět i tepelná izolace nebo chladicí systém.

Tesla Powerpack

Tesla je sice nejznámější, ovšem průmyslové baterie na lithiové bázi na veletrhu nabízela řada dalších společností. Akumulátory pro průmyslové a energetické aplikace představili i technologičtí obři jako LG Chem a Samsung SDi. Jejich referenční projekty mají kapacitu v řádu desítek MWh a výkony některých baterií přesahují 100 MW. Mezi rekordmany již třetím rokem patří baterie německé energetické společnosti Steag, která používá články LG Chem a má kapacitu 140 MWh a výkon 90 MW. Samsung má podobnou referenci u domácí KEPCO (korejský „ČEZ“), pro kterou postavil baterii s výkonem 128 MW, ovšem při kapacitě 38 MWh.

Průmyslová úložiště na veletrhu EES Europe 2018

Baterie na bázi lithium železo-fosfát

Průmyslové baterie LG Chem

Průmyslové baterie Samsung SDI

Speciální akumulátory

Baterie pro elektromobilitu, zdravotnická zařízení nebo třeba zahradní náčiní zastávaly na EES Europe 2018 další segment. Tradičními hráči zde byli například BMZ, nebo Varta.

Baterie elektromobilu BMW i3

Baterie do elektromobilů Mercedes-Benz

Univerzální lithiová baterie pro elektromobily včetně pasivního i aktivního systému chlazení

Některé společnosti nabízejí bateriové řešení pro mnoho aplikací

Komponenty

Kromě výrobců celých baterií byli přítomni i výrobci článků a modulů, tzn. „rámečků“, do nichž se články dávají. Ty jsou důležité pro menší výrobce baterií, nebo pro firmy, které si chtějí postavit úložiště „na míru“. Tyto komponenty stojí za masovým růstem počtu firem s domácími bateriemi. Dříve si takový modul musela společnost vyvinout sama, dnes lze baterii – minimálně po stránce „hardware“ – postavit z polotovarů.

„Rámečky“ a „krabice“ jako základní polotovar na výrobu baterií z cylindrických článků.

Řeklo už olovo poslední slovo?

Neřeklo. Jeho největší výhodou zůstává cena. Tam, kde nejsou přísné nároky na rozměry, hmotnost a cyklickou životnost (resp. je správně ošetřeno nabíjení a vybíjení baterie), je možné plnohodnotně využít olověné baterie různých technologií. Na veletrhu EES Europe tak bylo možné olověné akumulátory v různých podobách potkat každou chvíli, i když ne tak často, jako úložiště lithiová.

Častou aplikací pro olověné baterie jsou záložní zdroje (UPS). V nich jsou baterie po většinu času udržované jen slabým plovoucím napětím, které kompenzuje jejich samovybíjení a cyklicky se vybíjí jen při výpadku. V takovém režimu jsou olověné baterie za přijatelnou cenu schopny vydržet několik let.

Moderní olověné akumulátory na veletrhu EES Europe 2018

Zajímavé byly kombinované baterie lithiových a olověných článků, která řeší dvě podstatné nesnáze obou samostatných řešení – vysokou cenu lithiových baterií a krátkou životnost olověných akumulátorů. Celek funguje tak, že prvních 30 % celkové kapacity (lze i méně nebo více podle potřeby), kde dochází k nejčastějšímu cyklování, obstará lithiová baterie s delší cyklickou životností. Olověná část je udržována plně nabitá a je připravena poskytnout dostatečný výkon a kapacitu v případě potřeby. Tím, že lithiová baterie zastává jen část kapacity, je celá baterie levnější. Olověná baterie zase necykluje tak často, čímž dochází k prodloužení její životnosti. Kombinace obou technologií si ponechává výhodu nižší ceny typické pro olověné baterie a zároveň přibližuje cyklickou životnost a výkon čistě lithiovým bateriím.

Alternativní úložiště

Slanovodní baterie – bezpečnost, ekologie a nižší výkon

Lithiovým i olověným bateriím bývá vytýkán jejich negativní dopad na životní prostředí, ať už materiálovou náročností výroby, nebo toxicitou, pokud se dostanou (např. při havárii) do styku s půdou, vodou nebo živými organismy. Variantu ekologického úložiště nabízí rakouská společnost BlueSky Energy, která vyrábí baterii Greenrock z ekologicky nezávadných materiálů a s elektrolytem ze slané vody (saltwater battery). BlueSky Energy používá technologii již zaniklé americké firmy Aquion Energy a nyní se chlubí několika stovkami instalací po celém světě. Baterie je bezúdržbová, nehořlavá, nevybuchuje, umožňuje hloubkové vybíjení, schopně pracuje i v teplotách kolem nuly a není jedovatá v případě poškození a úniku elektrolytu.

Ekologické baterie Greenrock na bázi slané vody

„Háček“ zde představuje relativně nízká energetická hustota a nižší výkon v porovnání s lithiovými bateriemi. 2,5kWh modul Greenrock tvoří necelý metr vysoký box se základnou 0,3 x 0,3 m vážící 140 kg. Stabilní výkon se přitom pohybuje okolo 500 W, špičkový okolo 1 kW, i pro domácí aplikace se tedy musí spojit několik modulů dohromady. Pro srovnání, Li-ion baterie o shodné kapacitě a výkonu 2,5 kW (vybíjecí proud 1 C) má rozměry větší krabice od bot a váží 15 – 30 kg. V ceně za kapacitu jsou obě technologie podobné, nicméně slanovodní baterie potřebuje větší kapacitu k dosažení srovnatelného výkonu. Baterie Greenrock tak nachází uplatnění jako stacionární úložiště. Zejména v rodinných domech by měli majitelé ocenit naprostou bezpečnost a zdravotní nezávadnost baterie.

Průtočné baterie

Další variantu ekologických a bezpečných baterií, které mají téměř neomezený počet cyklů, představují průtočné baterie. Ty nejčastěji využívají jako elektrolyt roztok soli vanadia (tzv. vanad – redoxové baterie). Mezi jejich přednosti patří minimální samovybíjení a možnost opakovaného hloubkového vybití 0 – 100 % při téměř nulovém opotřebení. Vynikající parametry jsou zde vykoupeny většími rozměry a v porovnání s lithiovými bateriemi o něco nižší účinností.