V čínském Dalianu začala pracovat největší průtočná baterie světa. Rekordní systém proti běžným lithiovým bateriím vyniká trvanlivostí a bezpečností.
Trvalo to o několik let déle, než autoři projektu původně slibovali, nakonec se to přeci jen povedlo. V Číně, konkrétně ve městě Dalian, byla 29. září připojena k sítí největší „nelithiová“ baterie světa. Systém byl postaven a integrován společností Rongke Power ve spolupráci s dalšími společnostmi a také čínskou Akademií věd.
Úložiště s maximálním výkonem 100 MW a celkovou kapacitou 400 MWh je založen na technologii vanadové průtočné baterie. Elektrická energie se v něm skladuje v kapalném elektrolytu, jehož nejdůležitější složkou je právě kov vanad.
Vzhledem k tomu, že průměrná denní spotřeby elektřiny v Číně, která činí 2 kWh na obyvatele, úložiště tedy může teoreticky pokrýt denní poptávku po elektřině 200 tisíc obyvatel. Jejím hlavním úkolem ovšem bude především vyrovnávání špiček ve spotřebě, a tím snižování ceny a zvyšování spolehlivosti dodávek elektřiny v regionu.
Baterie je složena z několika menších celků, každý o výkonu 20 MW a odpovídající kapacitě 80 MWh. Jde o první fázi stavby. Ve své finální podobě by úložiště mělo být dvojnásobné parametry: má se tedy nakonec skládat z deseti jednotek o výkonu 20 megawattů (MW) a celkovou kapacitu 800 megawatthodin (MWh). Bude tak schopna dodávat špičkový výkon 200 MW po celé čtyři hodiny.
Projekt vanadové baterie Dalianu byl schválena čínským Národním úřadem pro energetiku v dubnu 2016. Původně byly odhad jeho zprovoznění mnohem optimističtější, hovořilo i o roce 2018 (později 2020 a pak 2021), zjevně tedy nebyl tak bezproblémový, jak se jeho tvůrci předpokládali – či alespoň jak veřejně tvrdili.
Celková cena projektu má činit 3,8 miliardy juanů, tedy zhruba 13 miliard korun. První fáze výstavby vyšla tedy údajně na polovinu, zhruba 6,5 miliardy korun. V přepočtu to znamená cenu zhruba 16 milionů korun na megawatthodinu.
To je poněkud vyšší cena než ta, za kterou se dnes dodávají velká lithiová úložiště (pásmo cca 300 až 400 dolarů za kWh u velkých úložišť). Průtočné baterie mají ovšem své výhody, navíc jde o první podobně velký projekt tohoto druhu a trh není vůbec konkurenční. V tuto chvíli neexistují jiní dodavatelé, kteří by byli schopni takto velkou zakázku splnit.
V případě lithiových baterií už je více na výběr a technologie je mnohem vyzrálejší. Na konci roku 2021 činila podle Bloomberg NEF celková kapacita bateriových úložišť na světě zhruba 56 GWh a maximální výkon 27 GW. Největší lithiová baterie zprovozněná v říjnu 2022 v Kalifornii má maximální výkon 350 MW a kapacitu 1,4 GWh.
Pomalu, ale přece
Průtočné baterie jsme už v TT představovali. V principu nejde o nic nového. Popsány jsou už delší dobu a existují v řadě variant. Příkladem mohou být zinkobromidové baterie (BrZnBR) či bromidsodné baterie (PSB, Br/S), zřejmě nejslibnějším typem, který má nejblíže k masovému nasazení je vanadová redoxní baterie (označuje se často zkratkou VRB).
Průtočná baterie funguje podobně jako jiné chemické baterie. Základem jsou dvě elektrody, mezi kterými probíhá výměna nabitých částic. Obě elektrody jsou oddělené membránou, přes kterou se může dostat částice z náboje. Při nabíjení míří opačným směrem než při vybíjení.
V případě průtočné baterie se na každé straně membrány (tedy u každé elektrody) nachází vlastní okruh s elektrolytem. Každý se skladuje v jiné nádrži a pak pumpuje kolem elektrod. Kolem záporné a kladné elektrody mohou proudit různé kapalné elektrolyty. Elektrolyty mohou být i chemicky totožné, jsou ovšem vždy oddělené.
Z povahy elektrolytu a konstrukce plyne hlavní výhoda vanadových baterií: totiž možnost nezávislého nastavení výkonu a kapacity podle přání a požadavků zadavatele. Kapacitu určuje velikost „nádrže“ na kladný a záporný elektrolyt, který v případě většiny používaných vanadových redox baterií tvoří soli vanadu rozpuštěné ve zředěné kyselině sírové.
Škálovatelnost řešení je velkou výhodou především pro velké stacionární zdroje. Samotný elektrolyt i nádrže, ve kterých se uchovává, jsou poměrně levné, a tak cena za jednotku kapacity – obvykle se udává v dolarech za kWh – s rostoucí kapacitou baterie klesá.
Když jsme zmínili elektrolyt, zmiňme se o jeho výhodách. Jak naznačilo jeho složení, není neškodný, a musí tedy být v okruhu dobře odděleném od okolního prostředí. V případě poruchu či jiné katastrofy přesto nehrozí nic horšího než lokální znečištění: elektrolyt je nehořlavý, neodpařuje se a největším nebezpečím je tedy průsak do spodních vod či do okolí. A tomu není až tak těžké zabránit vhodnou konstrukcí. V případě baterie v Dalianu jsou si tvůrci a úřady údajně tak jisti bezpečností systému, že v budovách v areálu úložiště údajně vznikají i velké kancelářské prostory.
Teplé, ale ne moc
Výkon baterie určuje konstrukce samotného „motoru“, konkrétně řečeno tedy velikost aktivní plochy a počet článků v bateriovém svazku. Pokud je takový systém vhodně zapojen, umožňuje vytváření velkých systémů s prakticky nepřetržitým provozem (údržba jedné části nemusí ovlivnit funkci celého zdroje).
Baterii nijak nevadí hluboké vybití a může za svou životnost absolvovat podle výrobců desítky tisíc cyklů, aniž by se její kapacita výrazně změnila. Nejmenší životnost z celého systému má obecně řečeno membrána, a i tu výrobci udávají v hodnotách přesahujících 10 tisíc cyklů. V principu pak není nemožné membránu vyměnit, i když s tím spojené náklady lze těžko odhadovat – záleží samozřejmě na ceně membrány samotné i konstrukci celé baterie.
Naopak nevýhodou jsou poměrně malé měrné výkony baterie. Energetická hustota vanadových baterií tedy nesnese přímo srovnání s klasickými lithiovými bateriemi. Společnost Rongke Power, která největší průtočnou baterii světa postavila, pracovala v posledních letech s klasickou technologií vanadových průtočných baterií, u svých baterií dosahuje energetické hustoty cca 12 až 15 kWh na m3 elektrolytu. Lithium-iontové baterie jsou v tomto ohledu téměř o řád lepší, řádově v nízkých stovkách kWh/m3 podle typu a určení.
Nevýhodou této technologie je jak poměrně nízký obsah energie, tak například také poměrně nízký rozsah pracovních teplot, který se pohybuje mezi 10–40 °C. V důsledku to znamená, že baterie potřebuje poměrně robustní systém řízení teploty. Což zvyšuje spotřebu bateriového systému na provoz, tím snižuje celkovou účinnost skladování energie. Nutnost poměrně přesné regulace teploty také samozřejmě zvyšuje pořizovací náklady.
Odpadní teplo z baterií (tedy při nabíjení) má údajně v Dalianu také údajně najít využití. Má posloužit pro dodatečný ohřev v rámci místního systému dálkového vytápění. Neznáme ovšem přesné specifikace zařízení. Navíc maximální teplota systému (opakujeme, že 40 °C) je pro potřeby dálkového vytápění příliš nízká. Není tedy jasné, jak přesně se využívá, a zda bude tento zdroj dávat nějaký ekonomický smysl.
