Problemi s povremenom nestabilnošću obnovljivih izvora rješavaju se skladištenjem viška energije za kasniju upotrebu, pri čemu ističu litij-ionske baterije kao dominantno rješenje.
Pred nama je vrijeme brzog rasta industrijskog skladištenja energije, jer se zemlje širom svijeta prebacuju na obnovljive izvore energije koji postepeno zamjenjuju fosilna goriva. Jedna od opcija za skladištenje su baterije odnosno akumulatori.
Jedan od aktualnih problema s obnovljivim izvorima energije poput vjetroenergetskih sustava ili solarnih fotonaponskih sustava (PV) je taj da imaju višak opskrbe kada sunce sija ili puše vjetar, ali da kada sunce zađe ili vjetar utihne dolazi do nestašice električne energije. Način da se premosti ono što stručnjaci nazivaju “intermitentnost” vjetra i sunčeve energije je da se višak energije skladišti za kasniju upotrebu, kada imamo manjak energije.
Reverzibilne hidroelektrane
Za skladištenje obnovljive energije koriste se različite tehnologije, a jedna od njih su tzv. reverzibilne hidroelektrane. Na ovaj oblik skladištenja energije trenutno otpada više od 90% globalnog visokokapacitetnog skladištenja energije u svijetu. Električna energija se koristi za pumpanje vode u rezervoare na većoj nadmorskoj visini u periodu dok je potražnja za energijom niska. Kada je potražnja najveća, voda se preusmjerava kroz turbine postavljene na nižim nadmorskim visinama i ponovo pretvara u električnu energiju. Pumpanje vode je također korisno za kontrolu nivoa napona i održavanje kvalitete električne energije u mreži. To je isproban i testiran sustav, ali ima i nedostataka.
Hidroenergetski projekti su veliki i skupi s izuzetno visokim kapitalnim troškovima, a i geografski uvjeti su vrlo zahtjevni. Potrebno ih je smjestiti u planinska područja s obiljem vode. Ako je globalni cilj postizanje nulte razine emisije u svijetu, nužno je uspostaviti sustave skladištenja energije koji se mogu implementirati gotovo bilo gdje u velikom broju.
IEC standardi osiguravaju sigurnost i učinkovitost hidroenergetskih projekata. Tehnički odbor IEC TC 4 objavljuje niz standarda koji preciziraju zahtjeve za hidraulične turbine i pripadajuću opremu. IEC-ov TC 57 objavljuje osnovne standarde za pametnu mrežu. Jedan od ključnih standarda u tom kontekstu, IEC 61850, precizira ulogu hidroenergije i pomaže joj da interoperabilno djeluje s digitaliziranom i automatiziranom električnom mrežom.
Litij-ionske baterije napreduju
Jedno od očiglednih rješenja za pohranu energije su baterije. Trenutno, najbolja opcija su litij-ionske (Li-ion) baterije. Komunalna poduzeća diljem svijeta povećala su svoje kapacitete za pohranu koristeći litij-ionske baterije velike snage koje mogu pohraniti između 100 – 800 MW.. Postrojenje za pohranu energije u Kaliforniji navodno je najveće takvo postrojenje na svijetu, s ukupnim kapacitetom od 750 MW/3 000 MWh.
U posljednjih nekoliko godina cijena litij-ionskih baterija je značajno opala, a sada postoji mogućnost da skladište još veće količine energije. Do napretka u proizvodnji ovih baterija došlo je i zahvaljujući nastojanjima automobilske industrije da napravi manje, jeftinije i snažnije litij-ionske baterije za električne automobile. Napon proizveden u svakoj litij-ionskoj ćeliji iznosi oko 3,6 volti (V). Veći je od napona dobijenog iz standardnih nikl-kadmijskih, nikl-metal hidridnih i čak standardnih alkalnih ćelija koje iznose oko 1,5 V i olovnih akumulatora koji iznose oko 2 V po ćeliji, što će zahtijevati manje ćelija za mnoge namjene.
Primjeri nedostataka korištenja litij-ionskih baterija za pohranu energije su brojni i prilično dobro dokumentirani. Performanse litij-ionskih ćelija se tijekom vremena smanjuju, što ograničava njihovu sposobnost pohrane. Također, pojavili su se problemi oko recikliranja baterija, kada one više ne mogu ispuniti svoju sposobnost pohrane, kao i oko potrebnih izvora litija i kobalta. Jedan od najvažnijih proizvođača kobalta je Demokratska Republika Kongo. Kroz svoje projekte, IEC-ov Global Impact Fund prihvatio je ovaj izazovni zadatak vezan za pohranu energije. Reciklaža litij-ionskih baterija je jedan od aspekata koji trenutno razmatraju.
Na kraju treba napomenuti da su litij-ionske baterije zapaljive i da je od 2017. do 2019. godine značajan broj postrojenja za pohranu energije s ovom vrstom baterija izgorio u Južnoj Koreji. Iako su uzroci utvrđeni, točnije u pitanju su bile loše prakse u radu tih postrojenja, postojao je i nedostatak svijesti o rizicima povezanim s litij-ionskim baterijama, uključujući i termalni bijeg.
Nova tehnologija za izradu baterija
Također se pojavljuju i druge tehnologije za izradu baterija, uključujući čvrste baterije ili SSB (Solid State Batteries). Prema konzultantskoj firmi IDTechEx, ove tehnologije postaju predvodnici u trci za revolucionarnim baterijskim tehnologijama sljedeće generacije. U čvrstim baterijama zapaljivi tekući elektrolit zamjenjuje se čvrstim elektrolitom (Solid State Electrolyte ‒ SSE), što samo po sebi nudi određene prednosti u pogledu sigurnosti. SSE također otvara vrata za korištenje različitih katodnih i anodnih materijala, čime se proširuju mogućnosti za izradu baterija. Iako se neki SSB-ovi zasnivaju na litij-ionskim kemijskim procesima, to naravno nije slučaj sa svima. Problem je što su pravi SSB-ovi, bez ikakve tekućine, još uvijek veoma daleko od plasiranja na tržište, iako izgledaju kao alternativa koja dosta obećava.
Prema IDTechEx-u, “usvajanje SSB tehnologije suočava se s izazovima kao što su visoki kapitalni i operativni troškovi, te visoka cijena. Da bi došlo do javnog prihvaćanja ove tehnologije moraju se prezentirati jasne vrijednosti. Tržište može prihvatiti čvrste baterije, čak i ako sadrže male količine tekućine ili polimernog gela, sve dok one obavljaju željene funkcije. Hibridne polučvrste baterije mogu biti prijelazno rješenje koje nudi poboljšane performanse. U kratkom roku bi upotreba hibridnih SSB-ova, koji sadrže malu količinu gela ili tekućine, mogla postati uobičajna praksa”.
U toku je utrka za sljedeću generaciju baterija. Iako još uvijek ne postoje standardi za ovu novu vrstu baterija, očekuje se da će se oni pojaviti kada to tržište bude zahtijevalo.
Izvor: ekapija.com