Největší bateriová úložiště
současnosti a nejbližší budoucnosti

Svůj primát na poli velkých baterií zatím drží Elon Musk a firma Tesla. Během tří měsíců postavila v Jižní Australii úložiště s celkovou kapacitu 129 MWh a s maximálním výkonem 100 MW, který dokáže dodávat zhruba 80 minut (viz naše informace ze 23. 11. 2017). Baterie podle dostupných informací funguje podle očekávání a pomohla výrazně zmírnit potíže v nevyvážené soustavě Jižní Austrálie. A tři měsíce jsou z hlediska budování energetické infrastruktury doslova mrknutím oka a stavba baterií by tak mohla být podstatně rychlejším a levnějším řešením než třeba stavba vedení.

V brzké době chce Muska trumfnout britský miliardář Sanjeev Gupta, který chce na stejném místě postavit o něco málo větší baterii s výkonem 120 MW a kapacitou 140 MWh. V Jižní Koreji se pak chystá ještě větší zařízení s maximálním výkonem 150 MW, a to by měla brzy překonat plánovaná 200 MW baterie v Kalifornii…

Výrobní závod společnosti Rongke Power v čínské provincii Ta-lien, stav z roku 2017

Ale ani jedna z baterií si zřejmě svého prvenství dlouho neužije. V dohledné době, možná dokonce již letos, by měla vstoupit do provozu baterie, se kterou žádná z nich nesnese srovnání. U města Ta-lien na východním pobřeží Číny by totiž mělo začít fungovat obří zařízení s maximálním výkonem 200 MW a celkovou kapacitou 800 MWh. (Naše zmínka již 2018-01-07).

I z našeho extrémně kusého přehledu je nápadné, že se parametry čínské baterie, konkrétně její kapacita, která je téměř o řád vyšší, se zcela zásadně liší od svých konkurentů. Důvod je v tomto případě technologický. Všechny zmíněné instalace používají technologii lithiových článků s tekutým elektrolytem, které jsou s přimhouřenýma očima pouze zvětšenou verzí baterií, jež známe z našich mobilních telefonů či počítačů. V Ta-lienu ovšem vzniká baterie – a spolu s ní i výrobní závod – využívající dosti odlišné technologie tzv. průtokových baterií. Ty jsou pro použití třeba právě v elektronice či jiných mobilních aplikacích zcela nevhodné, ovšem ve velkých stacionárních bateriích by mohly najít ideální niku.

Průtokové baterie nejsou samozřejmě žádnou horkou technologickou novinkou, známé jsou dlouhou dobu a v celé řadě variant. Existují například také zinkobromidové baterie (BrZnBR) či bromidsodné baterie (PSB, Br/S).

V Ta-lienu má ovšem vzniknout vanadová redoxní baterie (označuje se často zkratkou VRB). Světlo světa spatřila v 80. letech minulého století jako nečekaný potomek výzkumu možných zdrojů energie pro vesmírné sondy. V zásadě jde o typ, který se velmi podobá konvenčním bateriím. Jejím jádrem jsou membránou oddělené uhlíkové elektrody, přes které protéká tekutý elektrolyt umístěný ve dvou velkých nádržích. Elektrolyt je rozdělen na kladný a záporný, každý s vlastním okruhem, které od sebe na elektrodách odděluje iontově výměnná membrána s vhodnými vlastnostmi.

Možná ilustrativnější je tedy o baterii mluvit jako o palivovém článku, čtenář by si tak zhruba mohl představit hlavní výhodu vanadových baterií – totiž možnost nezávislého nastavení výkonu a kapacity podle přání a požadavků zadavatele. Kapacitu baterie určuje velikost „nádrže“ na kladný a záporný elektrolyt, který v případě většiny používaných vanadových redox baterií tvoří sole vanadu. Výkon baterie naopak zase 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). Baterie je nezvyklá v tom, že její kapacitu v podstatě určuje velikost nádrže s elektrolytem, zatímco výkon množství článků.

Princip fungování vanadové baterie:

Princip fungování vanadové baterie

Výrobce baterie pro Ta-lien, čínská společnost Rongke Power, pracuje s klasickou technologií vanadových průtokových baterií. Jeho nevýhodou je jak poměrně nízký obsah energie, tak například také poměrně nízký rozsah pracovních teplot, který se pohybuje mezi 10–40 °C.

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 10 000 cyklů.

K dispozici jsou ovšem už i modernější technologie, které tento a některé další nešvary systému odstraňují. Většina z nich pochází z projektu americké Pacific Northwest National Laboratory, který se z veřejných peněz uskutečnil v letech 2007–2011. V jeho rámci se podařilo vyvinout a demonstrovat nové složení elektrolytu, stále sice stále obsahuje toxické látky, ale složení vedlo jak ke zvýšení měrné energetické hustoty baterie, tak i k rozšíření rozsahu pracovních teplot.

Dodavatel Rongke Power chce ve svém výrobním závodu během letošního roku vyrobit vanadové baterie s celkovou kapacitou řádově stovek MWh, ale během několika příštích let by se měla produkce zvýšit řádově na jednotky GWh kapacity ročně.

Jedna z „následnických“ společností projektu Pacific Northwest National Laboratory, UniEnergy Technologies (spoluzakládali ji i někteří členové výzkumného týmu), alespoň ve spolupráci s Rongke Power dodává do Číny malé průtokové baterie pro vysílací věže mobilních sítí. Ovšem to je trh, který do budoucna nebude růst zřejmě tak velikým tempem jako trh s velkokapacitními úložišti pro energetické potřeby. Trh s velkokapacitními úložišti pro energetické potřeby má proti tomu ohromný potenciál.

Cena obnovitelných zdrojů energie stále klesá, samozřejmě především v oblastech s vhodnými klimatickými podmínkami (dostatkem větru a především slunečního svitu), stále však bude platit, že jejich výroba není zcela předvídatelná. Dostatečně levná bateriová úložiště jsou tedy přirozeným doplňkem. Čína sice nemá nejlepší podmínky, ale obnovitelné zdroje podporuje z jiných důvodů. Má silnou domácí výrobu, pro kterou si tak může zajistit odbyt, a musí řešit potíže se znečištěním životního prostředí, především ovzduší. Obnovitelné zdroje mají pomoci snižovat podíl uhlí v energetice.

Tlak na budování obnovitelných zdrojů přitom naráží jak na potíže s budováním síťové infrastruktury, tak i na nespolehlivost dodávek z OZE. Právě v provincii Liao-ning, ve které leží Ta-lien, se údajně loni 15 % elektřiny vyprodukované větrnými elektrárnami nemohlo využít, protože v danou chvíli ji neměl kdo odebírat. Přitom, jak jsme říkali, Čína plánuje další rozvoj obnovitelných zdrojů. Podle plánu rozvoje energetické infrastruktury pro 13. pětiletku by v roce 2020 měla být čínská síť připravena integrovat zhruba 300 GW instalovaného výkonu v obnovitelných zdrojích.

Odbytiště pro velkokapacitní síťová úložiště by tedy mělo být zajištěné. Čínští výrobci však mohou se svými bateriemi vyrazit i do světa. Jako to bylo v případě fotovoltaických panelů, kdy Čína díky státní podpoře toto odvětví do značné míry ovládla.