EN
Quick Links
Енергийните мрежи днес все повече се обърнат към комбинирани настройки за слънчева енергия и съхранение, където слънчевите панели работят заедно с литиево-йонни батерии или системи за потокови батерии. Основната идея тук е проста – съхраняването на излишната енергия, генерирана през деня, така че да може да се използва, когато търсенето достигне връхните си стойности вечер или когато мрежата срещне проблеми. Тъй като възобновяемите източници вече представляват над 20 процента от електроенергията в няколко региона, енергийните компании вече не възприемат тези батерийни системи като нежелани допълнения. Вместо това започват да ги възприемат като основни компоненти на инфраструктурата на мрежата – нещо, което изисква планиране от самото начало, вместо да се добавя по-късно като следмисъл.
Добавянето на съхранение точно до фермите за слънчева енергия ги прави много по-гъвкави източници на енергия. Вземете за пример слънчевата централа от 250 мегавата в Аризона. По време на високия натоварен период вечер, когато всички включват осветлението и електрическите уреди, батериите на обекта са допринесли 100 мегавата за четири часа от общия си капацитет от 400 мегаватчаса. Това е попрепятствало на старите газови централи, които работят в режими на пиково натоварване, да се включват само заради няколко допълнителни часа. Подобни съоръжения намалят необходимостта от дълги електропреносни линии и всъщност могат да рестартират мрежата след големи прекъсвания на захранването. Според последни проучвания на NREL, енергийните компании постигат около 40% спестявания при трудните регулирания на честотата, необходими за поддържане на баланса, когато комбинират съхранение със слънчевите си инсталации.
Гледайки нещата в по-голям мащаб, очевидно е, че съхранението на енергия в големите соларни инсталации в Америка е получило сериозен тласък. Според Market.us от миналата година, около три четвърти от всички планирани соларни проекти за 2023 до 2024 година ще включват някакъв вид батерийна система. Какво всъщност означава това? Вече сега страната ни разполага с около 20,7 гигавата батерии в експлоатация. Това е доста впечатляващо, защото те биха могли да осигурят ток за около 15 милиона домакинства, ако има изключване на тока, което продължава четири часа. Няколко щата, които са поставили цели за производство на чиста енергия, започват да изискват новите соларни ферми да разполагат с вградени решения за съхранение. Това регулаторно изискване създава възможности за бизнеси, които се интересуват от модернизация. Специалисти предвиждат, че само това изискване може да генерира около дванадесет милиарда долара на година, просто чрез модернизация на съществуващите системи с подходяща батерийна резерва, до средата на следващото десетилетие.
Проекти за соларни електроцентрали в мащаб на електропреносната мрежа в днешно време предимно разчитат на литиево-йонни батерии, тъй като те предлагат около 90% ефективност при заряд и изтощване, а цените им са паднали значително напоследък, до около 89 долара за киловатчас според данни от 2023 г. Тези батерии работят наистина добре, когато имаме нужда от голямо количество енергия бързо за няколко часа, обикновено между 4 и 8 часа запаси. Но вече има нови участници на пазара, например желязо-въздушни и цинково-бромни поточни батерии, които изглеждат по-подходящи за ситуации, при които действително имаме нужда от съхраняване на енергия за много по-дълги периоди, може би от 12 часа чак до над 100 часа. Учените също постигат напредък при катодните материали, подтиквайки плътността на енергията в литиево-йонните батерии над 300 Wh на килограм, което означава, че компаниите могат да инсталират по-малки батерийни системи, без да жертват капацитета за техните слънчеви ферми.
Твърдотелните батерии постигат сериозен напредък срещу проблемите с термичния разгон благодарение на своите керамични електролитни конструкции, които могат да достигат плътност на енергията над 500 Wh/kg. Този вид производителност ги прави идеални кандидати за големи съоръжения за съхранение на енергия от слънчева енергия, където пространството има значение. Междувременно технологията на натриевите йони е направила значителен напредък напоследък, предлагайки съпоставими възможности с първото поколение литиеви батерии, но с производствени разходи, които са с около 40 процента по-ниски. Материалите, използвани в тези натриеви клетки, също са далеч по-лесни за набавяне в сравнение с редкоземните метали, а съединения като аналозите на Пруската синя стават все по-популярни в производствените среди. И двете иновации се вписват перфектно в плановете на много държави за модернизация на електроразпределителните си мрежи през следващото десетилетие или около това време. Повечето правителства се стремят към интегриране на около 95% възобновяема енергия до 2035 година, а тези нови батерийни решения помагат едновременно да се справят с две големи предизвикателства — рисковете за безопасност от традиционните химични състави и нарастващия проблем с недостига на суровини, необходими за серийното производство.
Системите за слънчеви батерии се използват все по-често напоследък, но срещат сериозни проблеми при свързването към мрежата. Според данни на NREL от 2023 г., около 40 процента от проектите в областта на възобновяемата енергия, които са с отложено изпълнение, сочат проблеми с връзката чрез опашките за интерконекция. Нашата съществуваща електропреносна мрежа е изградена за еднопосочен поток на електроенергия, така че има затруднения при управлението на обратния поток от тези малки разпръснати слънчеви системи със съхранение, разположени в различни квартали. Това означава, че електроразпределителните дружества трябва да направят сериозни инвестиции за модернизация на подстанциите, за да могат да осигурят гладко функциониране. Друг проблем идва от несъвместимостта между инверторите. По-старото оборудване просто не разполага с необходимите възможности за правилното регулиране на напрежението по време на постоянните цикли на зареждане и изтощаване, през които минават батериите.
Правилното термично управление е абсолютно критично за големите системи за съхранение на енергия в батерии. Когато температурите не се контролират правилно, това може да съкрати срока на използване на тези батерии преди необходимостта от подмяна с до 30%, според проучване на DNV от 2022 г. Повечето индустриални регулации днес изискват системи за резервно охлаждане, както и напреднали технологии за гасене на пожари, които трябва да спрат всяка опасна ситуация с прегряване за не повече от осем секунди. От гледна точка на разходите, термичното управление представлява около 18% от разходите за инсталиране на цялостна система BESS. За обект с мощност 100 MW това обикновено означава допълнително около 1,2 милиона долара към крайната цена. Това е значителна сума, но необходима, като се има предвид чувствителността на тези системи към проблеми с прегряване.
Въпреки че литиево-йонните батери доминират 92% от новите проекти за слънчево съхранение (Wood Mackenzie 2024), разработчиците се сблъскват със сериозен компромис:
Проучване на Lazard от 2024 г. показа, че увеличаването на размера на батериите с 20% увеличава възвръщаемостта на проекта чрез 30% по-дълъг експлоатационен срок, въпреки по-високите първоначални разходи.
Промените в правителствените политики наистина повлияха върху темпа и начина, по който се използват слънчеви батерии в цялата страна. Около петнадесет американски щата започнаха да изискват системи за съхранение на енергия за всеки нов слънчев парк с мощност над 50 мегавата. В същото време, съществува нещо, наречено FERC Order 841, което непрекъснато променя начините, по които енергийните компании получават заплащане на пазара на едро. Според SEIA, ако успеем да опростим всички тези разрешения и изисквания към документацията, може да очакваме около 15 гигавата слънчева енергия заедно със съхранение, които най-накрая ще се реализират до 2026 година. Това най-вече ще се случи, защото всички са съгласни с основните правила за безопасност и начина, по който различните части на електропреносната мрежа се свързват помежду си.
Вземете за пример инсталацията в Мос Лендинг, Калифорния, която показва какво се случва, когато слънчевите панели и батериите работят заедно, за да се справят с проблемите в мрежата по време на онези луди пикови часове. Това място разполага с около 1,6 гигаватчаса съхранение, свързано със слънчеви панели, което означава, че може да осигурява електричество на повече от 300 хиляди домакинства в продължение на около четири часа точно когато хората най-много се нуждаят от него вечер. Особено интересното е, че системата успя да съкрати глобите за операторите на мрежата с почти 28 милиона долара годишно благодарение на способността си да регулира честотата. Доста впечатляващо, като се има предвид, че тя продължи да работи с ефективност почти 98%, дори когато миналото лято пожари изключиха части от предавателната мрежа.
Най-голямата инсталация за съхранение на енергия от слънце във Флорида, с впечатляващи 900 MWh капацитет, намали употребата на въглищни електроцентрали с около 40% по време на ураганния сезон благодарение на доста умни алгоритми за управление. Това, което прави системата толкова ефективна, е нейната интеграция с наблизък 75 MW слънчев парк. Чрез съхраняване на излишната слънчева енергия, генерирана в обедните часове, батериите могат да освобождават електричество, когато търсенето рязко нарасне между 19 и 21 часа вечер. Този умен подход спестява около 3,2 милиона долара годишно само по сметка на намалени разходи за претоварване. Истинската магия се случва в бурните дни, когато мрежата има нужда от допълнителна подкрепа, но традиционните източници на енергия може да са повредени или просто твърде скъпи, за да работят на пълни обороти.
Наскорошната инсталация с 300 MW/450 MWh Tesla Megapack показва как слънчевите батерии могат да поемат, когато мрежите имат нужда от допълнителна подкрепа. През 2023 г., след като голяма въглищна централа неочаквано излезе от строй, тези батерии се включиха само за 140 милисекунди – това е приблизително 60 пъти по-бързо, отколкото традиционните топлинни електроцентрали могат да направят. Благодарение на този бърз отговор, около 650 хиляди домакинства останаха захранени въпреки възможното настъпване на мащабно изключване. Още по-впечатляващо е, че системата поддържаше висока ефективност от 92%, въпреки че през деня постоянно се използваше частично. Тази реална експлоатационна производителност убедително доказва, че комбинирането на различни източници на енергия работи ефективно заедно, което улеснява интегрирането на възобновяеми източници в съществуващата ни електроенергийна инфраструктура, без да се компрометира надеждността.
Съвременните соларни батерийни системи стават все по-умни благодарение на изкуствения интелект, който помага при управлението на зареждането и изтощването на енергия, както и при взаимодействието с мрежата. Интелигентният софтуер анализира фактори като прогнозата за времето, промените в цената на електроенергията през деня и моделите на текущото потребление на енергия. Според Startus Insights от 2025 г., този тип интелигентни системи могат да увеличат възвръщаемостта на инвестициите за операторите с между 12% и 18% в сравнение с по-старите фиксирани системи. В големи съоръжения, където са включени много батерии, машинното обучение автоматично премества енергията между различни батерийни блокове и инвертори. Това помага за защита на батериите от прекомерно износване и поддържа напрежението в рамките на около 2%, което е от особено значение при подкрепата на нестабилни или слаби мрежи.
Слънчево-ветро-батерийните хибриди вече представляват 34% от новите възобновяеми инсталации, осигурявайки доставка на чиста енергия 24/7 чрез:
Наскорошни проучвания сочат, че хибридните електроцентрали постигат 92% използване на капацитета спрямо 78% за автономни слънчеви ферми, като интегрирането на съхранение на едно място компенсира 83% от колебанията в производството, свързани с прекъсвания.