Jak fungují baterie v Česku? Příklad z Plané

Dnešním bateriovým systémům toho do stavu úplné dospělosti stále ještě hodně chybí. I tak toho ovšem dokážou hodně a mohou výrazně rozšířit možnosti a kapacity i mnohem zralejších technologií. Ukazuje to i instalace zatím největšího bateriového úložiště v České republice.

Stojí v teplárně společnosti C-Energy v Plané nad Lužnicí. Zařízení má garantovaný výkon 4 MW a využitelnou kapacitu ve výši 2,5 MWh po dobu minimálně 10 let. Baterie je součástí systému Siemens Siestorage, který obsahuje technologie společnosti Siemens vyvíjené pro složitější aplikace. Celý systém je dodaný na klíč – jeho součástí jsou tedy nejen samotné články (od firmy Samsung) a jejich řídicí elektronika, ale také rozvaděče, střídače/měniče, transformátory, napájení vlastní spotřeby a další pomocné systémy.

Základem úložiště jsou lithium-iontové akumulátory, tedy dnes nejlépe ověřená bateriová technologie, která je dnes k dispozici. Především díky úsporám z rozsahu, tedy díky výstavbě nových kapacit v posledních letech, je také v současné době cenově jednoznačně nejvýhodnější. V sektoru síťových služeb se časem mohou prosadit především velké průtokové baterie, například vanadové. Pro stacionární použití mají své výhody, ovšem v současnosti nemohou cenově konkurovat právě lithium-iontových bateriím, které se dnes vyrábí ve výrazně vyšší objemech.

Instalace úložiště a všech s ním spojených systémů byla snadná. Celé zařízení je totiž umístěno ve třech kontejnerech ve venkovní části areálu. Díky tomu nebylo potřeba řešit žádné velké stavební či jiné úpravy.

Mezi dvěma zdroji

Tato konkrétní zakázka je unikátní nejen svým rozsahem, ale také dalšími souvislostmi. Úložiště se například využívá jak pro obnovitelné, tak pro konvenční zdroje. Baterie se mohou dobíjet nejen z generátorů elektřiny umístěných v hlavním provozu teplárny, ale také z fotovoltaické elektrárny, která stojí na jinak nevyužitelných pozemcích v areálu teplárny. Maximální výkon elektrárny je 520 kW.

Úložiště je pro využívání výrobních možností fotovoltaické elektrárny klíčové. Pomáhá průběžně vyrovnávat vlastní spotřebu a také spotřebu dalších provozů umístěných v místní průmyslové zóně, které spolu s teplárnou vytváří malou lokální distribuční soustavu. Díky baterii je možné pružněji regulovat výrobu tak, aby v žádném okamžiku nebyla překročena hodnota rezervované kapacity – a nejen to.

Bateriové úložiště zapojené do lokální soustavy zajišťuje také vyšší kvalitu elektřiny, která se po areálu distribuuje. V každé soustavě dochází zcela běžně k velmi krátkým výpadkům dodávek činného výkonu v jedné nebo více fázích, případně také krátkodobým přepětím nebo podpětím. Systém zvládá tyto problémy „vyhladit“: dokáže poskytnout příslušné množství činného nebo jalového výkonu a tím tyto jevy kompenzovat. Když ne úplně, tak alespoň částečně, aby nedocházelo například ke zvýšenému opotřebení spotřebičů připojených do soustavy.

Sobě i jiným

Bateriové úložiště ale nepomáhá jen efektivněji využívat výrobu a spotřebu elektřiny v teplárně a k ní přilehlé průmyslové zóně. Výrazně také rozšiřuje repertoár možností a rozsah služeb, které může teplárna nabízet. Teplárna v Plané nad Lužnicí přitom patří mezi nejmodernější provozy v České republice. Majitel, společnost C-Energy, investoval od roku 2012 do modernizace zdroje více než dvě miliardy korun. Výsledkem je kromě jiného snížení emisí produkovaných zdrojem o 90 procent oproti původnímu stavu.

Nově je díky bateriovému systému provoz jednou z mála tepláren z mála v ČR, která umí nastartovat provoz v případě black-outu, tedy kompletního výpadku elektrické sítě. Při tzv. „startu ze tmy“ by baterie poskytla energii k najetí jednoho z plynových motorů. Tento plynový motor by následně převzal veškerou zátěž a baterie by spolu s plynovým motorem přešla do ostrovního provozu. Aby toto bylo možné, nemůže mít baterie žádný vnější zdroj napájení a musí být schopná plně autonomního provozu.

Jak jsme již zmínili, teplárna je koncipována tak, aby mohla fungovat v ostrovním provozu. Bateriové úložiště je nejen schopné asistovat při poměrně složitém procesu přechodu do tohoto režimu. Jeho rolí je rovněž přispívat k dorovnání výroby a spotřeby v rámci izolovaného ostrova, k čemuž má díky velmi krátké reakční době (cca 200 milisekund) skvělé předpoklady.

Rychlá reakční doba pomáhá také překonávat omezení jiných zařízení teplárny. V ní je dnes instalováno šest plynových motorgenerátorů a parní turbína TG3, které, stejně jako každé jiné zařízení podobného typu, mají jistou setrvačnost a výkon mohou měnit pouze s určitým (byť poměrně malým) zpožděním. Díky bateriovému systému Siemens Siestorage lze výkon měnit nad maximální technické limity turbín. V praxi lze tímto způsobem vyrovnávat prudký nárůst nebo pokles spotřeby v teplárně a připojeném areálu.

Umí i víc

Stejně tak je možné využít baterii k rychlému dodání regulační energie při obchodování se silovou elektřinou či pro rozšíření regulačního rozsahu poskytování služeb výkonové rovnováhy pro provozovatele elektrické soustavy, tedy společnost ČEPS. V květnu 2020 společnost C-Energy Planá obdržela certifikaci velkokapacitního bateriového úložiště, která umožňuje zařazení baterie do služby minutové zálohy (mFRP) a sekundární regulace (aFRP). C-Energy tak jako první spustila její plný provoz pro pokrytí služeb výkonové rovnováhy. 

Do sítě připojená úložiště z čistě technického pohledu toho umějí ještě více. Dnes rozvoji bateriových systémů nebrání žádné technologické překážky, zatím je to pro některé aplikace pouze vysoká cena, především při realizaci menších jednotek. V českém prostředí ale zatím bohužel nelze jejich možností využívat zcela naplno z důvodů čistě legislativních. Bateriové systémy by mohly například přispět k pokrytí poptávky po vyrovnávání bilance jalového výkonu v rámci nadřazené distribuční sítě místního distributora. Současné předpisy toto ovšem zatím nedovolují.

Systém také vyhovuje přísným požadavkům na primární regulaci frekvence a je připraven poskytovat tuto službu. Vzhledem k tomu, že v zahraničí je běžná praxe svěřovat služby regulace frekvence i samostatným bateriím, které nejsou spojeny s klasickými zdroji, dá se očekávat, že podobná možnost se objeví časem i u nás.

Obecně řečeno je hlavní výhodou bateriových úložišť oproti klasickým akumulačním systémům (tedy především přečerpávacím vodním elektrárnám) je především rychlá a snadná instalace v místech, kde je akumulace třeba. Tato flexibilita bateriových úložišť umožnuje efektivní využívání přebytků elektrické energie především z obnovitelných zdrojů, snížení závislosti na dodávkách elektrické energie od vzdálených zdrojů, zajištění energie při nouzových situacích a zapojení se do podpůrných služeb distribuční a přenosové soustavy. Nepochybně se najdou i další využití, z nichž mnohá si dnes ještě nedokážeme představit. Baterie mají ještě hodně kam růst, a to nejen v Česku.