Ve Spojených arabských emirátech od roku 2019 funguje největší „virtuální“ baterie světa s obřím výkonem a úctyhodnou kapacitou. Zařízení by dokázalo napájet velké okresní město českého formátu po dobu několika hodin. Baterie má mimo jiné omezit používání naftových agregátů.
Název „virtuální baterie“ neznamená nic jiného než, že z pohledu sítě se baterie chová jako jeden celek, i když fyzicky to jeden celek není. Je odvozený od vzoru v energetice již dlouho zavedeného tzv. „virtuálního bloku“, což je skupina menších zdrojů, které se řídí dohromady jako celek. (V Česku se bohužel trochu pletla s nabídkou pro majitele fotovoltaiky, kteří v jejímž rámci mohou dostávat platby za přebytky dodané do sítě.)
Rozházená po okolí
Celý projekt se skládá z 15 úložišť na deseti různých lokalitách hlavního města Abú Zabí, která se stavěla během posledních několika let. Tucet z nich má maximální výkon 4 MW, doplňují je pak tři větší 20MW baterie. Provozovatel je postupně propojoval tak, aby se dala všechna úložiště řídit společně jako jedna „velká baterka“, řečeno zavedeným názvoslovím jde tedy o tzv. „virtuální“ baterii s celkovým výkonem 100 MW a kapacitu 648 MWh. Velmi zhruba řečeno by tak mohla pokrýt spotřebu 20 tisíc domácností na 6 hodin.
Konstruktéři nesáhli po známých „lionkách“, jaké používá například velké úložiště postavené firmou Tesla v Austrálii. V Emirátech byly použity systémy japonské firmy NGK, která se snaží dlouhodobě prosadit s tzv. sodíko-sírovými bateriemi.
Jde o robustní typ baterie využívající anorganických elektrolytů. Během vybíjení záporná sodíková elektroda oxiduje na oxid sodný a na rozhraní elektrody a elektrolytu se vytváří sodíkové ionty. Ty putují přes membránu z oxidu hlinitého (Al2O3) na kladnou elektrodu, kde se redukují za vzniku sulfidu sodného (Na2S4). Při nabíjení probíhá pak proces opačný.
I když baterie používá na rozdíl od lithiové konkurence téměř výhradně laciné a snadno dostupné materiály, samozřejmě není levná. Konstrukce musí být poměrně pevná a kvalitní, především kvůli přítomnosti velmi reaktivního kovového sodíku.
Navíc vysoké pracovní teploty zhoršují problém s korozí, a konstruktéři s tím musejí počítat. Sodíko-sírové baterie konstruují jako víceplášťové vzduchotěsné nádoby z nerezové oceli. Jednotlivé články (řazené obvykle do sériově paralelního pole) musejí být rovněž hermetické a jsou od sebe odděleny ještě navíc vrstvou izolačního materiálu, často písku, který mimo jiné slouží i jako protipožární izolace.
Snadný upgrade
Proč volba padla na sodíko-sírový systém? Asi už jste uhodli sami: klient chtěl baterie s větší kapacitou, tedy schopnou dodávat špičkový výkon po delší dobu, v tomto případě alespoň šest hodin. Postavit takový systém z lithiových baterií by bylo podstatně dražší.
U sodíko-sírových baterií a dalších podobných typů, jako jsou třeba vanadové průtokové baterie, určuje celkovou kapacitu do značné míry velikost „nádrže“ na kladný a záporný elektrolyt, které jsou samy o sobě poměrně levné. Stejně jako u jiných průtokových baterií, například vanadových redox baterií, je tedy poměrně levné navýšit kapacitu úložiště, naopak je relativně drahé zvyšovat jejich výkon, jinak řečeno velikost aktivní plochy a počet článků v bateriovém svazku.
Síť Spojených arabských emirátů ovšem údajně nepotřebuje úložiště s větším výkonem než 100 MW. Takové lithiové baterie již ve světě stojí a jejich stavba v podstatě není nic náročného. Ovšem žádná z nich nedokáže takový výkon dodávat po dobu delší než zhruba hodinu a půl, pak musí naskočit jiné záložní zdroje. V emirátech se ovšem chtěli zbavit nutnosti takové zdroje stavět a udržovat, a tak se rozhodli pro větší baterii, která by dokázala pokrýt spotřebu v nouzovém případě až po šest hodin.
Zda jde skutečně o schůdné a ekonomicky výhodné řešení, to nelze zcela objektivně posoudit, protože neznáme podrobnosti smlouvy. Nepochybně jde o kapitálově velmi náročný projekt s dlouhou návratností. Nejdůležitější veličinou je tedy „cena peněz“ pro stavbu použitých.
Dá se ovšem předpokládat, že země tak chtěla přispět k naplnění svých cílů na navýšení výroby z bezuhlíkových zdrojů, které by v roce 2050 by měly dodávat šedesát procent celkově vyrobené elektřiny. Velká baterie by také měla okamžitě omezit nutnost používání dieselagregátů, které se v zemi s velmi levným benzínem a naftou používají k vykrytí špiček, a také výrazně usnadnit a zjednodušit řízení celé sítě. A samozřejmě fosilní palivo, které se takto ušetří, může jít na export.
Horké baterie
Další výhodou proti lithiovým bateriím jsou poněkud netradiční provozní parametry sodíko-sírových baterií. Jejich provozní teplota je kolem 300 až 350 °C. Nevyžadují tak důkladné chlazení, které je v pouštním prostředí větším problémem než například v našich zeměpisných šířkách.
Energetické hustoty podobných baterií nejsou špatné, pohybují se i nad 150–170 Wh/kg, tedy zhruba pětkrát vyšší než u „klasických“ olověných baterií. Účinnost v cyklu nabití/vybití se pohybuje někde nad sedmdesáti procenty, což není úplně úžasná hodnota. Nízká účinnost by ovšem nebyla problémem, pokud by byla nízká také cena.
Výrobce, japonská společnost NGK, slibuje, že by baterie pro instalaci ve Spojených arabských emirátech měly fungovat se zhruba 90% účinností alespoň 15 let, což by mělo představovat zhruba 4 500 stoprocentních vybití a nabití. To jsou lepší výkony než u lithium-iontových baterií, jiné průtokové baterie slibují v tomto ohledu ovšem ještě lepší parametry. Ovšem technologie se v praxi příliš nepoužívá, a tak jsou zatím podobné údaje založené na velmi omezeném množství reálných dat.
Uvidíme, zda se skutečně podaří tento slib splnit. Degradace materiálů, a tím i kapacity baterií, u nich obecně vždy představovala problém. V každém případě se ukazuje, že ani v ukládání energie neexistuje jediné řešení, které by vyhovovalo všem. Tesla a další výrobci lithiových baterií nebudou moci v ceně za jednotku uložené energie konkurovat jiným technologiím, a NGK zase svoje sodíko-sírové baterie do elektromobilu nedostane.
Zdá se také jisté, že „virtuální“ energetické celky spojující nejen baterie, ale často i menší výrobny, jako jsou například solární elektrárny, budou trendem blízké budoucnosti.
