EN
Quick Links
Enerģijas tīkli šodien arvien vairāk pāriet uz kombinētām saules un uzglabāšanas iekārtām, kur saules paneļi darbojas kopā ar litija jonu baterijām vai plūsmas bateriju sistēmām. Šeit galvenā ideja ir pietiekami vienkārša – uzglabāt papildu enerģiju, kas tiek izveidota dienas laikā, lai to varētu izmantot, kad vakaros pieaug pieprasījums vai kad tīklā rodas problēmas. Tā kā atjaunojamie energoresursi jau vairākās reģionos veido vairāk nekā 20 procentus no elektroenerģijas, enerģijas uzņēmumi vairs neskatās uz šīm bateriju sistēmām kā uz neobligātām papildu iespējām. Drīzāk tās sāk uzskatīt par tīkla infrastruktūras pamatdaļām, kādu elementu, kura iekļaušana ir jāplāno jau no paša sākuma, nevis jāpievieno vēlāk kā pēcdoma.
Pievienojot uzglabāšanu tieši blakus saules fermām, tās kļūst par daudz elastīgākiem elektroenerģijas avotiem. Piemēram, Arizonā esošo 250 megavatu saules elektrisko staciju. Kad vakarā iestājas lielākā patēriņa stunda un visi ieslēdz gaismu un sadzīves elektriskās ierīces, šīs vietas iebūvētā akumulatoru sistēma piegādāja 100 megavatus jaudas četru stundu laikā no sava 400 megavatstundu lielā kapacitātes apjoma. Tādējādi netika aktivizētas vecās gāzes elektriskās stacijas, kuru darbība būtu vajadzīga tikai dažas papildu stundas. Šāda veida iekārtas samazina nepieciešamību pēc tālās attālumā esošajām elektrolīnijām un faktiski var atjaunot elektrotīklu pēc lielākiem pārtraukumiem darbībā. Saskaņā ar NREL pēdējiem pētījumiem, elektroenerģijas uzņēmumiem izmaksas frekvences regulēšanai, kas nepieciešama, lai uzturētu visu līdzsvaru, samazinās par aptuveni 40 procentiem, ja uzglabāšanu kombinē ar saules elektriskajām stacijām.
Ņemot vērā vispārējo situāciju, ir acīmredzams, ka lielāko mēroga saules enerģijas instalācijām Amerikā tiek pievienota ievērojami vairāk enerģijas uzglabāšanas jaudas. Saskaņā ar Market.us datiem no pagājušā gada, aptuveni trīs ceturtdaļas no visiem plānotajiem saules enerģijas projektu 2023. līdz 2024.gadam iekļaus kāda veida bateriju sistēmu. Ko tas patiesībā nozīmē? Nu, mūsu valstī jau šobrīd darbojas bateriju sistēmas ar jaudu 20,7 gigavati. Tas patiešām ir iespaidīgi, jo tās varētu nodrošināt elektropadevi aptuveni 15 miljoniem mājsaimniecību gadījumā, ja notiktu četru stundu elektrotīkla pārtraukums. Vairākas valstis, kas ir noteikušas mērķus attīrītās enerģijas ražošanai, sāk prasīt, lai arī jauniem saules laukiem būtu iebūvētas uzglabāšanas sistēmas. Šāda veida regulatīvs virziens rada iespējas uzņēmumiem, kas vēlas modernizēt esošās sistēmas. Eksperti prognozē, ka vienīgi šī prasība varētu radīt aptuveni 12 miljardus ASV dolāru katru gadu tikai modernizējot esošās sistēmas ar atbilstošu bateriju rezervēšanas risinājumiem līdz nākamā desmitgade vidū.
Tīkla apmēra saules projektu lielākā daļa pašlaik balstās uz litija jonu baterijām, jo tās nodrošina aptuveni 90% enerģijas pārvēršanas efektivitāti un to cenas nesen ir ievērojami kritušās, sasniedzot aptuveni 89 ASV dolārus par kWh saskaņā ar 2023. gada datiem. Šīs baterijas darbojas ļoti labi, kad īsā laikā ir nepieciešams liels jaudas apjoms, parasti no 4 līdz 8 stundām ilgstošai uzglabāšanai. Tomēr tagad tirgū parādās jauni dalībnieki, piemēram, dzelzs gaisa un cinka bromīda plūsmas baterijas, kuras šķiet piemērotākas situācijām, kad patiesībā nepieciešams uzglabāt enerģiju daudz ilgākā periodā, iespējams, no 12 stundām līdz pat vairāk nekā 100 stundām. Arī katoda materiālu pētījumos ir panākts progress, pārsniedzot litija jonu enerģētisko blīvumu virs 300 Wh uz kg, kas nozīmē, ka uzņēmumi var uzstādīt mazākas bateriju sistēmas, nenogurdinot jaudas rādītājus savām saules fermām.
Cietais elektrolīta baterijas nopietni virzās uz priekšu, risinot siltuma izraisīšanas problēmas pateicoties keramikas elektrolīta konstrukcijām, kas var sasniegt enerģijas blīvumu virs 500 Wh/kg. Šāda veida veiktspēja padara tās par ideāliem kandidātiem liela mēroga saules enerģijas uzglabāšanas risinājumiem, kur liela nozīme ir telpai. Savukārt nātrija jonu tehnoloģija pēdējā laikā ir ievērojami panākusi, piedāvājot līdzīgas iespējas kā pirmās paaudzes litija baterijām, taču to ražošana izmaksā apmēram par 40% mazāk. Arī materiāli, ko izmanto šajās nātrija baterijās, salīdzinājumā ar retzemju metāliem ir daudz vieglāk iegūstami, pie kam ražošanas vidē arvien populārākiem kļūst Prūsijas zilā analogi. Abas šīs inovācijas lieliski iederas valstu plānotajās elektrotīklā attīstīt uz nākamajiem desmit gadiem. Vairums valdību līdz 2035. gadam tiecas sasniegt apmēram 95% atjaunojamo energoresursu integrāciju, un šīs jaunās bateriju iespējas vienlaikus palīdz risināt divas lielas problēmas – drošības riskus, kas raksturīgi tradicionālajām ķīmiskajām baterijām, un augošo problēmu ar trūkstošajiem izejmateriāliem, kas nepieciešami lielserijas ražošanai.
Šodien saules bateriju sistēmas tiek ātri pieņemtas, tomēr rodas lielas problēmas, pieslēdzot tās elektrotīklam. Apmēram 40 procenti no atjaunojamo energoresursu projektu, kuri saskārušies ar aizkavēšanos, norāda uz problēmām, kas saistītas ar pieslēgšanu caur pieslēgšanas rindām, liecina NREL 2023. gada dati. Mūsu pašreizējais elektrotīkls tika izveidots vienvirziena elektroenerģijas plūsmai, tāpēc tajā rodas problēmas, apstrādājot atgriežamo enerģiju no mazajām saules un uzglabāšanas iekārtām, kas izkliedētas pa apkārtnēm. Tas nozīmē, ka elektrotīkla uzņēmumiem ir jāveic ievērojamas apakšstaciju modernizācijas, lai nodrošinātu gludu darbību. Vēl viena problēma ir invertoru nesaderība. Vecākā aprīkojuma vienkārši nav pietiekami, lai pareizi regulētu spriegumu šo bateriju pastāvīgās uzlādes un izlādes ciklu laikā.
Lai nodrošinātu liela mēroga bateriju uzglabāšanas sistēmu pareizu siltuma pārvaldību, ir absolūti kritiski svarīgi. Ja temperatūra netiek pienācīgi kontrolēta, tas var samazināt bateriju kalpošanas laiku pirms nomainīšanas par līdz pat 30%, liecina DNV pētījums no 2022. gada. Lielākā daļa no šodienas nozarē spēkā esošajām regulām prasa rezerves dzesēšanas sistēmas un sarežģītu ugunsdzēsības tehnoloģiju, kas spēj apturēt bīstamas pārkaršanas situācijas jau 8 sekunžu laikā. Apskatot lietu no finanšu viedokļa, siltuma pārvaldība veido apmēram 18% no kopējām izmaksām, lai uzstādītu BESS sistēmu. Piemēram, 100 MW iekārtai tas parasti pievieno apmēram 1,2 miljonus ASV dolāru izmaksām. Tas ir ievērojams naudas apjoms, taču nepieciešams, ņemot vērā šo sistēmu jutīgumu pret siltuma problēmām.
Kaut arī litija jonu baterijas dominē 92% no visām jaunajām saules enerģijas uzglabāšanas projektu (Wood Mackenzie 2024), izstrādātājiem jāsaskaras ar kritisku kompromisu:
2024. gada Lazard pētījums parādīja, ka bateriju bloku palielināšana par 20% palielina projekta ROI (atgriezeniskuma likmi) par 30% ilgāka sistēmas kalpošanas laika dēļ, neskatoties uz augstākām sākotnējām izmaksām.
Valdības politikas izmaiņas reāli ietekmē saules bateriju izvietošanas ātrumu un patiesību visā valstī. Ap divpadsmit ASV štatiem jau ir sākuši prasīt enerģijas uzglabāšanas sistēmas visām jaunajām saules fermām, kas ir lielākas par 50 megavatiem. Tajā pašā laikā pastāv kaut kas, ko sauc par FERC Order 841, kas nepārtraukti maina to, kā strādā esošās elektroenerģijas uzņēmumi tiek apmaksātas vairumtirdzniecības tirgos. Saskaņā ar SEIA, ja mums izdotoss vienkāršot visus šos atļauju un dokumentācijas nosacījumus, līdz 2026. gadam mēs varētu redzēt aptuveni 15 gigavatu vērtu saules un uzglabāšanas projektu galu galā sākumu. Tas notiktu galvenokārt tādēļ, ka visi piekrīt pamatdrošības noteikumiem un tam, kā dažādas elektrotīkla daļas savienojas kopā.
Ņemiet piemēru Moss Landing iekārtai Kalifornijā, kas parāda, kas notiek, kad saules paneļi un baterijas strādā kopā, lai risinātu tīkla problēmas šausmīgajos pieprasījuma picos. Šajā vietā ir pieslēgts apmēram 1,6 gigavatstundas liela uzglabāšanas ietilpība kopā ar saules paneļiem, kas nozīmē, ka tā varēja piegādāt elektrību vairāk nekā 300 tūkstošiem mājsaimniecību apmēram četras stundas tieši vakarā, kad tā bija visvairāk nepieciešama. Patiešām interesanti ir tas, ka šī sistēma faktiski samazināja tīkla operatoru naudassodu par gandrīz 28 miljoniem ASV dolāru gadā, pateicoties tās spējai regulēt frekvenci. Diezgan iespaidīgi, ņemot vērā, ka tā turpināja darboties gandrīz 98% efektivitātē pat tad, kad pagājušā vasarā meža ugunsgrēki izslēdza daļu no pārvades tīkla.
Lielākā saules bateriju iekārta Floridā ar 900 MWh jaudu samazināja fosilo kurināmo izmantojošu papildu elektrostaciju izmantošanu par apmēram 40% vētras sezonas laikā pateicoties diezgan gudriem piegādes algoritmiem. To, kas padara šo sistēmu par sevišķi efektīvu, ir tās integrācija ar tuvējo 75 MW saules elektrisko staciju. Saglabājot lieko saules enerģijas ražošanu dienas vidū, baterijas var atbrīvot elektroenerģiju, kad pieprasījums pieaug no 7 līdz 9 vakarā katru vakaru. Šī gudrā pieeja vienīgi aizkavējumu izmaksās ietaupa apmēram 3,2 miljonus ASV dolāru gadā. Patiesā burvība notiek tad, kad uznāk vētrainas dienas un tīklam ir nepieciešama papildu palīdzība, bet tradicionālie energoavoti varētu būt apdraudēti vai vienkārši pārāk dārgi, lai darbotos pilnā jaudā.
Nesen ievadītais 300 MW/450 MWh Tesla Megapack iestatījums parāda, kā saules baterijas var aizstāt, kad tīklam ir nepieciešama papildu atbalsts. Atgriežoties 2023. gadā, pēc tam, kad liela ietekme uz ogļu siltummezglu negaidīti izgāja no ierindas, šīs baterijas ieslēdzās jau 140 milisekundēs - tas ir apmēram 60 reizes ātrāk nekā to spēj vecās siltummezglu elektrostacijas. Pateicoties šai ātrai reakcijai, apmēram 650 tūkstošu mājsaimniecību palika pieslēgtas pie elektrotīkla, kas varēja izraisīt lielu pārtraukumu situāciju. Vēl viens ievērojams faktors ir tāds, ka sistēma uzturēja ievērojamu 92% efektivitātes līmeni, pat ja tā visu dienu tika izmantota daļēji. Šī reālā veiktspēja sniedz pārliecinošus pierādījumus par to, ka dažādu enerģijas avotu kombinēšana darbojas lieliski, vienlaikus atvieglojot atjaunojamo energoresursu integrāciju esošajā enerģētikas infrastruktūrā, nenokaitējot uzticamību.
Saules bateriju sistēmas šodienas pasaulē kļūst par labākām pateicoties mākslīgajam intelektam, kas palīdz pārvaldīt to, kā tās uzlādē un izlādē enerģiju, kā arī mijiedarboties ar tīklu. Gudrā programmatūra analizē dažādus faktorus, piemēram, kāda ir laika apstākļu situācija, cik mainās elektroenerģijas cena dienas laikā un pašreizējie enerģijas patēriņa modeļi. Saskaņā ar Startus Insights 2025. gada datiem, šāda veida gudrās sistēmas var palielināt investīciju atdevi operāciju vadītājiem par 12% līdz 18% salīdzinājumā ar vecākajām fiksētajām sistēmām. Lielās mērogā darbojosies iekārtās, kurās tiek izmantotas daudzas baterijas, mašīnmācīšanās automātiski pārvieto enerģiju starp dažādām bateriju grupām un invertoriem. Tas palīdz pasargāt baterijas no pārmērīgas nodilšanas un uztur sprieguma atšķirības zem 2%, kas ir ļoti svarīgi, cenšoties atbalstīt tīklus, kas nav īpaši stabili vai izturīgi.
Saules-vēja-baterijas hibrīdi pašlaik veido 34% no jaunajām atjaunojamās enerģijas iekārtām, nodrošinot 24/7 tīras enerģijas piegādi caur:
Nesenās pētījumu atklāj hibrīdu elektrostaciju sasniegšanu 92% jaudas izmantošanas līmenī salīdzinājumā ar 78% vieniem saules parkiem, ar kopīgu uzglabāšanas integrāciju, kas izlīdzina 83% no pārtrauktu darbību radītajām izlaides atšķirībām.