EN
Quick Links
Šiandienos energijos tinklai vis labiau linkę naudoti kombinuotus saulės ir energijos kaupimo sprendimus, kai saulės elektrinės veikia kartu su litio jonų baterijomis arba srauto baterijų sistemomis. Pagrindinė idėja čia yra paprasta – kaupiama papildoma per dieną generuota energija, kad būtų galima ją panaudoti vakare, kai pakyla paklausa, arba kai tinklui kyla problemų. Kadangi atsinaujinančios energijos šaltiniai jau šiuo metu užima daugiau nei 20 procentų elektros keliuose regionuose, energijos tiekimo įmonės jau nebelaiko šių baterijų sistemų kaip papildomų, naudingų, bet neprivalomų dalių. Vietoje to jos pradeda būti laikomos tinklo infrastruktūros pagrindinėmis dalimis, kurios planuojamos nuo pat pradžių, o ne pridedamos kaip papildymas vėliau.
Pridėjus saugyklą šalia saulės elektrinės, jos tampa kur kas lankstesniu energijos šaltiniu. Paimkime pavyzdžiui 250 megavatų saulės elektrinę Arizonoje. Per aukštojo vartojimo vakaro valandas, kai visi įjungia šviesas ir buitines priemones, įrengta akumuliatorių sistema padavė 100 megavatų per keturias valandas iš viso turimos 400 megavatvalandžių talpos. Tai neleido senosioms dujų turbinoms įsijungti vos kelioms papildomoms valandoms. Tokios sistemos sumažina poreikį ilgalaikėms elektros linijoms ir net gali paleisti elektros tinklą iš naujo po didelių gedimų. Pagal NREL paskelbtus naujausius tyrimus, energijos tiekimo įmonės pastebėjo apie 40 procentų sutaupymą sudėtingose dažnio koregavimo operacijose, kurios būtinos siekiant išlaikyti pusiausvyrą, kai saugyklos derinamos su saulės elektrinėmis.
Žvelgiant į bendrą vaizdą, aiškiai matyti, kad Amerikoje didėja energijos kaupimo sistemų statymas didelio masto saulės elektrinėse. Pagal Market.us duomenis iš praėjusios metų, maždaug trys ketvirtadaliai visų planuojamų saulės projektų 2023–2024 metais apims kokią nors baterijų sistemą. Ką tai reiškia praktikoje? Šiuo metu mūsų šalyje veikia apie 20,7 gigavatų baterijų galios. Tai yra nemažai – tokia galia galėtų aprūpinti elektros maždaug 15 milijonų namų ūkių, jei keturias valandas truktų elektros tiekimo pertraukimas. Kelios valstijos, kurios nusistatė grynos energijos gamybos tikslus, pradeda reikalauti, kad naujos saulės fermos būtų su integruotomis energijos kaupimo sistemomis. Toks reglamentinis postūmis kelia įmonėms galimybes modernizuoti esamas sistemas. Ekspertai prognozuoja, kad vien šis reikalavimas galėtų sukurti apie 12 mlrd. dolerių pajamų kasmet tik modernizuojant esamas sistemas su tinkamomis atsarginėmis baterijų sistemomis iki kitų dešimtmečio vidurio.
Šiuolaikiniai tinklo masto saulės projektai daugiausiai pasikliauja litio jonų baterijomis, nes jos siūlo apie 90 % naudingumo koeficientą, o jų kainos neseniai gerokai sumažėjo – iki maždaug 89 JAV dolerių už kWh pagal 2023 metų duomenis. Šios baterijos veikia labai gerai, kai reikia greitai gauti didelę galią kelias valandas, paprastai nuo 4 iki 8 valandų atsargų. Tačiau šiuo metu į rinką įsiveržia kiti konkurentai, tokie kaip geležies ore ir cinko bromido tekėjimo baterijos, kurios atrodo labiau tinkamos situacijoms, kai iš tikrųjų reikia ilgalaikio energijos kaupimo – nuo 12 valandų iki net daugiau nei 100 valandų. Taip pat mokslininkai pasiekė pažangos ir katodo medžiagų srityje, padidindami litio jonų energijos tankį daugiau nei 300 Wh/kg, o tai reiškia, kad įmonės gali montuoti mažesnes baterijų sistemas, nesumažindamos jų talpos saulės elektrinėse.
Baterijos su kietuoju elektrolitu daro rimtą pažangą kovojant su šiluminio nekontrolavimo problemomis dėl keraminių elektrolitų konstrukcijų, kurios gali pasiekti energijos tankį virš 500 Wh/kg. Toks našumas daro jas idealia kandidatėmis didelio masto saulės energijos kaupimo sprendimams, kur svarbu plotas. Tuo tarpu natrio jonų technologija pastaruoju metu gerokai prisivertė, siūlydama panašias galimybes kaip pirmos kartos litio baterijos, tačiau gamyba kainuoja maždaug 40 procentų mažiau. Naudojami šių natrio elementų komponentai taip pat kur kas paprastesni gauti nei retųjų žemių metalai, o gamybos sektoriuje vis populiaresni darosi junginiai, tokie kaip Prūsijos mėlynės analogai. Abi inovacijos puikiai atitinka tai, ką daugelis šalių planuoja savo elektros tinklams artimiausiais dešimtmečiais. Daugelis vyriausybių siekia apie 95 % atsinaujinančios energijos integracijos iki 2035 metų, o šios naujos baterijų galimybės padeda išspręsti dvi pagrindines problemas – saugos riziką dėl tradicinių cheminių sudėčių ir augančią stokojančių žaliavų problemą, reikalingą masinei gamybai.
Šiuolaikinės saulės baterijų sistemos populiarėja vis sparčiau, tačiau susiduria su didelėmis problemomis jungiantis prie elektros tinklo. Pagal 2023 m. NREL duomenis, apie 40 proc. delsiančių atsinaujinančios energijos projektų nurodo į prijungimo eiles kylančias problemas. Mūsų dabartinis tinklas sukurtas vienkryptei elektros srovei, todėl kyla sunkumų valdyti atgalinę energiją iš mažų saulės ir kaupiklių sistemų, išsibarsčiusių po visus miestus. Tai reiškia, kad komunalinėms įmonėms reikės daug investuoti į transformatorių stotelių modernizavimą, kad viskas veiktų sklandžiai. Kita problema yra invertorių nesuderinamumas. Senesnė įranga tiesiog neturi reikalingų savybių tinkamai reguliuoti įtampos nuolatinio baterijų įkrovimo ir iškrovimo cikluose.
Kad baterijų saugojimo sistemos veiktų tinkamai, būtina užtikrinti adekvatų temperatūros valdymą. Jei temperatūra nėra tinkamai kontroliuojama, tai gali sutrumpinti baterijų tarnavimo laiką iki 30 %, kaip nurodyta DNV 2022 m. tyrimuose. Daugelyje šių dienų pramonės reglamentų reikalaujama turėti atsarginę aušinimo sistemą ir pažengusią gaisro gesinimo technologiją, kuri per aštuonias sekundės turėtų sustabdyti bet kokį pavojingą perkaitimą. Finansinės pusės požiūriu, temperatūros valdymas sudaro apie 18 % visų stacionarių baterijų saugojimo sistemos (BESS) diegimo kaštų. Pavyzdžiui, 100 MW įrenginiui tai paprastai reiškia papildomą 1,2 mln. JAV dolerių išlaidas. Tai nemaža suma, tačiau būtina, atsižvelgiant į šių sistemų jautrumą karščio problemoms.
Nors litio jonų baterijos užima 92 % naujų saulės energijos saugojimo projektų (Wood Mackenzie 2024), kūrėjai susiduria su svarbiu kompromisinės kokybės pasirinkimu:
2024 metų Lazard tyrimas parodė, kad baterijų bankų talpos padidinimas 20 % padidina projekto grąžą per 30 % ilgesnį sistemos gyvavimo laiką, nepaisant didesnių pradinių išlaidų.
Vyriausybės politikos pokyčiai tikrai daro įtaką saulės baterijų diegimo šalyje greičiui ir netgi galimybei. Apie penkiolika JAV valstijų jau pradėjo reikalauti energijos kaupimo sistemų kiekvienai naujai saulės elektrinėms, kurios galingesnės nei 50 megavatų. Tuo pačiu metu, yra tokia priemonė kaip FERC Order 841, nuolat keičianti tai, kaip elektros kompanijos gauna atlygį už prekybą elektros biržoje. Pagal SEIA, jei pavyktų supaprastinti visus tuos leidimų ir dokumentų reikalavimus, iki 2026 metų galėtume pamatyti apie 15 gigavatų vertės saulės ir kaupimo projektų, kurie pagaliau pradėtų judėti į priekį. Tai vyktų daugiausiai todėl, kad visi sutiktų dėl pagrindinių saugos taisyklių ir kaip skirtingos elektros tinklo dalys jungiasi viena su kita.
Paimkime Moss Landing įrenginį Kalifornijoje kaip pavyzdį, kas įvyksta, kai saulės elektrinės ir baterijos veikia kartu, kad susidorotų su tinklo problemomis per tuos kraštutinius pikų laikotarpus. Vietoje yra apie 1,6 gigavatvalandžių saugojimo galios, prijungtos prie saulės elektrinės, tai reiškia, kad ji galėtų tiekti elektros daugiau nei 300 tūkstančių namų ūkių per keturias valandas būtent tada, kai žmonėms vakare jos labiausiai reikia. Tai, kas daro šį projektą tikrai įdomų, yra tai, kad dėl sistemos gebėjimo reguliuoti dažnį, ji sumažino baudas tinklo operatoriams beveik 28 mln. USD kiekvienais metais. Gana įspūdinga, ypač kai ji toliau veikė beveik 98 % efektyvumu net tada, kai praeitą vasarą miško gaisrai išvedė iš rikiuotės dalį perdavimo tinklų.
Didžiausia saulės baterijų sistema Floridoje, turinti net 900 MWh talpą, sumažino iškastinio kuro naudojimą perkrovos elektrinėse maždaug 40% procentų per uraganų sezoną dėl gana protingų valdymo algoritmų. Tai, kas leidžia šiai sistemai taip gerai veikti – jos integracija su šalia esančia 75 MW saulės elektrine. Saugant perteklinę saulės energiją, gaminamą per vidurdienį, baterijos gali tiekti elektros energiją vakare, kai 7–9 val. kasdien pakyla paklausa. Toks protingas sprendimas sutaupo apie 3,2 mln. JAV dolerių kasmet tik vien tik dėl mažesnių tinklo perkrovos sąnaudų. Tikra magija įvyksta tada, kai prasideda audringos dienos, o elektros tinklui reikia papildomos paramos, tačiau tradiciniai energijos šaltiniai gali būti neprieinami arba tiesiog per brangu juos naudoti visu pajėgumu.
Naujausias 300 MW/450 MWh Tesla Megapack įrenginys parodo, kaip saulės baterijos gali įsijungti, kai tinklams reikia papildomos paramos. Grįžtant į 2023 m., kai po netikėto didelio anglių elektrinės išjungimo, šios baterijos pradėjo veikti vos per 140 milisekundžių – tai maždaug 60 kartų greičiau nei senosios šiluminės elektrinės gali pasiekti. Dėl šio greito atsako, apie 650 tūkstančių namų ūkių išliko sujungti su elektros energija, kuri kitaip būtų galėjusi tapti milžiniška elektros tiekimo pertraukimu. Tai dar labiau įspūdinga, kad sistema išlaikė nuostabų 92 % naudingumo rodiklį, net kai ji buvo nuolat dalinai naudojama per dieną. Šie realūs naudojimo duomenys rodo, kad derinant skirtingus energijos šaltinius, gerai veikia kartu, palengvinant atsinaujinančių energijos šaltinių integravimą į esamą elektros infrastruktūrą, nekenkiant patikimumui.
Šiuolaikinės saulės baterijų sistemos vis labiau progresuoja dėl dirbtinio intelekto, kuris padeda valdyti jų įkrovimo ir iškrovimo procesus, taip pat sąveiką su elektros tinklu. Protingos programinės įrangos analizuoja tokius veiksnius kaip orai, elektros kainų svyravimai per parą ir dabartinės energijos vartojimo tendencijos. Pagal 2025 m. Startus Insights duomenis, tokia protinga sistema gali padidinti investicijų grąžą operacijų vykdytojams nuo 12 % iki 18 % lyginant su senesnėmis fiksuotomis sistemomis. Didelėse įrenginių sistemose, kur naudojama daug baterijų, mašininis mokymasis automatiškai perkelia energiją tarp skirtingų baterijų bankų ir keitiklių. Tai padeda apsaugoti baterijas nuo pernelyg greito nusidėvėjimo ir palaiko įtampos skirtumus žemiau 2 %, kas ypač svarbu siekiant paremti nestabilius ar silpnus tinklus.
Šiuo metu saulės-vėjo-baterijų hibridai sudaro 34 % visų naujų atsinaujinančios energijos įrenginių, leidžiant tiekti švarią energiją 24/7 valandų režimu per:
Nauji tyrimai parodė, kad hibridinės elektrinės pasiekia 92 % naudojimo pajėgumą, palyginti su 78 % vien tik saulės elektrinėse, o kartu sumontuota kaupimo sistema kompensuoja 83 % pertraukiamumo susijusius energijos tiekimo praradimus.