Hornsdale Power Reserve: jak postavit největší baterii na světě v ráji plynových elektráren
Po jihoaustralském blackoutu v roce 2016 měla tamní vláda jasno – je potřeba přestat stavět další větrníky a opřít síť o stabilní točivé zdroje. Jak v tomto prostředí vznikla největší lithiová baterie na světě?
Bateriové úložiště Tesly zvané Hornsdale Power Reserve (HPR) je od roku 2017 největší baterií na světě a pomáhá stabilizovat síť zejména v regionu Jižní Austrálie, ale i v ostatních připojených oblastech. V tomto článku se podíváme na tuto baterii, pozoruhodné okolnosti jejího vzniku a uvedeme několik příkladů její práce. V příštím dílu podrobně popíšeme, jak síťové baterie ovlivňují trh podpůrných služeb a snižují ceny elektřiny.
Blackout v Jižní Austrálii v roce 2016
28. září roku 2016 postihl region Jižní Austrálie rozsáhlý výpadek elektřiny – blackout. Kombinace neobvykle silných bouří a dvou tornád v jednu chvíli přerušila několik vedení. To samo o sobě způsobilo jen lokální nedostatky elektřiny, horší bylo rozkolísání napětí a frekvence v síti.
Síťová disbalance byla tak velká, že spustila ochranné systémy, které vedly k odpojení některých elektráren i odběrných míst od sítě, aby nedošlo k jejich poškození. Během několika sekund tak došlo nezávisle na sobě k automatickému bezpečnostnímu odpojení třech větrných farem o celkovém výkonu přibližně 300 MW. Větru tak bylo sice dost, ale softwarová ochrana u většiny větrníků neumožnila připojení k nestabilní síti.
I když část elektráren zůstala připojena, pokles výkonu byl tak velký a rychlý, že si vyžádal okamžitý dovoz elektřiny ze sousedních regionů. Přeshraniční vedení do sousední Victorie zvané Heywood Interconnector se přetížilo, vypadlo, zbývající zdroje zátěž samy neutáhly a téměř celá oblast Jižní Austrálie zůstala bez elektřiny. Kompletní obnova dodávek v celé oblasti si vyžádala několik dní.
Po odstranění škod začalo hledání řešení, jak se takové situaci příště vyhnout. Příčinou rozsáhlého výpadku byla nerovnováha v síti při přerušení několika vedení. V takovou chvíli by bylo ideální mít zdroj, který je schopen dodat během krátké chvíle dostatek výkonu. Jako tradiční řešení se nabízela stavba další špičkovací plynové elektrárny, ale zazněl i méně obvyklý návrh v podobě velkokapacitní baterie.
Baterie jsou schopny dodat plný výkon v řádu milisekund. V roce 2016 byly ale drahé a zatím nevyzkoušené. Řada konzervativních australských politiků v čele s premiérem navíc využila příležitosti, svedla blackout na větrné elektrárny a místo dalších „progresivních nesmyslů“ doporučovala stavět osvědčené a stabilní zdroje elektřiny na fosilní paliva.
Jak se za těchto okolností podařilo postavit největší lithiovou baterii na světě? Je to pozoruhodné, ale baterie by se nejspíš nepostavila, kdyby nedošlo k diskuzi miliardářů na sociální síti.
Miliardáři na Twitteru
Když viděl Lyndon Rive, vice prezident Tesly, velmi rezervovaný postoj australských politiků k moderní energetice, nechal se slyšet, že by stačilo postavit 300 megawatthodin baterií a tím by se problém Jižní Austrálie s rozsáhlými výpadky během 100 dní vyřešil. Musely by se za tím účelem trochu upravit podmínky trhu s elektřinou (např. aby baterie při nabíjení neplatila distribuční poplatky), ale nebyla by potřeba dotace.
Elon Musk na Twitteru slíbil postavit 100 MW baterii během 100 dní, jinak bude zdarma.
Zpráva zaujala australského miliardáře Mike Cannon-Brookse, který se prostřednictvím sociální sítě Twitter obrátil na vedení Tesly: „Myslíte to vážně? Kdybych zajistil peníze a pošťouchnul politiky, opravdu byste to dokázali postavit takto rychle?“ Odpověděl šéf Tesly Elon Musk, a jak se na Twitteru sluší a patří, byl stručný: „Buď Tesla postaví a zprovozní celý systém do 100 dní od podpisu smlouvy, nebo vám ho dáme zdarma. Stačí Vám to takto?“
To bylo slovo do pranice. Musk dal takovou sázkou najevo, že o bateriích vůbec nepochybuje. Opravdu by bylo možné pomocí jedné baterie vyřešit nestabilitu jihoaustralské sítě za tři měsíce? Sázka nadchla nejen Cannon-Brookse, ale i mnoho australských osobností a šéfů firem. Myšlenka velkokapacitní baterie tak získala širší podporu části australského průmyslu.
V následujících týdnech došlo k několika schůzkám mezi Cannon-Brooksem, Muskem a později i australským premiérem Malcolmem Turnbullem. Po ní australský premiér Muskovi na Twitteru poděkoval za vysvětlení způsobu, jak baterie přispívají k levnějším a stabilním dodávkám elektřiny.
Tesle hrály do karet i vysoké ceny plynu v období po jihoaustralském blackoutu. Zajišťování stability sítě pomocí dalších plynových elektráren by stěží vedlo k levnější elektřině. Netrvalo ani měsíc a Jižní Austrálie představila svůj plán na stabilizaci sítě a její další rozvoj. Jeho součástí byla vedle plynových elektráren i baterie s výkonem 100 MW, byla na ni vypsána veřejná zakázka a tu Tesla vyhrála. Ne, že by nebyli na trhu další hráči, ale podle webu Reneweconomy.com nedokázali nabídnout tak velkou baterii za tak dobrou cenu v rekordním čase.
Úložiště zvané Hornsdale Power Reserve postavené na bateriích Tesla Powerpack bylo dokončeno 1. 12. 2017, 60 dní od podpisu smlouvy. Nudný fakt: práce na baterii začaly bezprostředně poté, co Tesla vyhrála veřejnou zakázku, k podpisu smlouvy došlo až o tři měsíce později.
Baterie Hornsdale Power Reserve
Úložiště Hornsdale Power Reserve (HPR) s výkonem 100 MW a kapacitou 129 MWh bylo v době dokončení v prosinci 2017 největší lithiovou baterií na světě. HPR je součástí větrné farmy Hornsdale Wind Farm o výkonu 315 MW, která je hlavním zdrojem elektřiny pro nabíjení baterie. Jen pro ilustraci, to je bezmála stejná hodnota jako instalovaný výkon všech větrných elektráren v ČR v roce 2021 (340 MW). Vlastníkem a provozovatelem baterie i přilehlé větrné farmy je francouzská společnost Neoen. Ta jednak baterii používá na vydělávání na cenách elektřiny a jednak poskytuje energetické služby jihoaustralské vládě.
Příklad HPR hezky ukazuje, jak univerzální zařízení baterie jsou. Různí aktéři mají od baterie nasmlouvaný různý výkon, kapacitu a služby. 70 MW po dobu 10 minut je rezervováno pro jihoaustralskou vládu pro podpůrné služby, 30 MW po dobu tří hodin používá Neoen pro vyrovnávání výroby přilehlé větrné farmy a pro posouvání dodávky elektřiny do doby s vyšší poptávkou. Vůbec poprvé v celé Austrálii podpůrné služby začalo poskytovat jiné zařízení, než točivé zdroje.
HPR poskytuje celou škálu podpůrných služeb, baterie tak slouží prakticky neustále na rozdíl od špičkovacích plynových elektráren, které se staví do zálohy a jsou v provozu několik hodin až dnů ročně. HPR je také součástí národního systému ochrany celistvosti sítě (System Integrity Protection Scheme, SIPS), v rámci kterého má za úkol na systémový povel poskytnout všechen svůj výkon, tj. 100 MW do 150 milisekund. Takto rychlý zásah má pomoci udržet síť i při tak kritických událostech, jako byly ty v září 2016, kdy došlo k jihoaustralskému blackoutu.
Jak síťová baterie (většinou) neslouží:
Když se řekne, že baterie poskytuje ochranu před výpadkem, většina lidí si představí baterii jako zásobárnu energie, která napájí připojené spotřebiče během výpadku elektřiny. Takto dnes fungují jak standardní záložní baterie, UPS, tak baterie domácích fotovoltaických elektráren, jsou-li vybaveny střídačem s funkcí ostrovního provozu.
Pokud by takto měla fungovat velká síťová baterie, jako je HPR, při pohledu na její kapacitu, která činí 129 MWh (resp. 193,5 MWh po rozšíření v roce 2020), si lze snadno spočítat, že zvládne napájet moderní město nejdéle pár hodin, což civilizaci při rozsáhlém výpadku samo o sobě nevytrhne. Takto však síťové baterie běžně nefungují.
Jak síťové baterie slouží:
Většinu „pracovní náplně“ velkokapacitních baterií tvoří relativně jemné vyrovnávání frekvence v řádu jednotek nebo nižších desítek megawattů po dobu minut nebo sekund tak, aby se síť mimo bezpečné pásmo vůbec nedostala. Tedy pracují stejně jako ostatní zařízení, která běžně poskytují podpůrné služby. Další častou funkcí je posun výkonu obnovitelných zdrojů („load shifting“) do doby s vyšší poptávkou a výhodnější cenou.
Teprve když dojde k opravdu velké havárii, může baterie poskytnout i službu ostrovního provozu (záložní baterie, „velké UPSky“), případně obnovu napájení, „start ze tmy“. Tyto krajní situace však nastávají málokdy a stavět baterii jen pro ně by se nevyplatilo.
Z deníčku baterie Hornsdale Power Reserve
Australská síť je výrazně méně stabilní, než ta evropská. Výpadky výkonu nebo důležitých vedení nastávají několikrát do roka a baterie tak mohla své schopnosti naostro předvést ještě ve zkušebním provozu. 30. listopadu 2017, den před oficiálním připojení HPR do sítě, se v australské síti sešlo několik okolností – odstavený blok velké uhelné elektrárny Loy Yang, bezvětří a vedro. Bylo zřejmé, že ve Victorii a Jižní Austrálii bude situace napjatá a bez dostatečné výkonové rezervy bude těžké vyrovnávat vysokou poptávku. Síť se kolem poledne opravdu dostala mimo bezpečné pásmo, HPR dodala průběžně 70, 59 a 11 MW výkonu po dobu několika desítek minut. Pomohla tak vyrovnat špičky v odběru i snížit cenu podpůrných služeb.
Další zásah přišel o pouhé dva týdny později, kdy opět vypadl blok téže uhelné elektrárny o výkonu 560 MW. HPR, která již byla regulérním účastníkem trhu, tentokrát přispěla výkonem pouhých 7 MW (Loy Yang je od Hornsdale zhruba 1 000 kilometrů daleko), zato velmi rychle. Výkon uhelného bloku tak ještě „nedopadl až na dno“ a baterie už reagovala a pomohla tak k rychlejšímu narovnání frekvence. Další kritická situace, kdy se síť pohybovala mimo bezpečné pásmo a baterie přišla vhod, nastala v lednu 2018…
Stačily dva roky podobných zásahů, ale i každodenních úspor a australská vláda měla v otázkách budoucí regulace soustavy jasno – chceme více baterií. V roce 2020 tak došlo k velkému rozšíření HPR. Výkon se zvýšil na 150 MW, kapacita na 194 MWh a byly přidány nové funkce. Bylo postaveno několik menších baterií a další jsou v plánu. Mezi nimi je i ještě větší Tesla baterie, tentokrát rovnou o výkonu 300 MW zvaná Victorian Big Battery.
Baterie šetří peníze mnoha způsoby a například v samotné Jižní Austrálii spuštění HPR snížilo cenu podpůrných služeb o 90 %. To je celkem dost. Jak instalace jediné baterie o výkonu pouhých 100 MW mohla takto snížit cenu? Proč by něčeho takového nemohla dosáhnout plynová elektrárna? A k čemu jsou nové funkce HPR? Na to se podíváme v příštím článku.
