EN
Quick Links
Energetske mreže se danes vedno bolj obracajo k kombiniranim sončnim in shranjevalnim sistemom, kjer sončne plošče delujejo skupaj z litijevimi baterijami ali sistemi tekočinskih baterij. Glavna ideja je precej preprosta – shranjevanje dodatne energije, ki se proizvede čez dan, da jo lahko uporabimo, ko se poveča povpraševanje zvečer ali ko mreža doživi težave. Ob tem, da obnovljivi viri že predstavljajo več kot 20 odstotkov elektrike v več regijah, podjetja za oskrbo z energijo teh baterijskih sistemov več ne doživljajo kot nekaj dodatnega, kar bi bilo lepo imeti. Namesto tega jih začenjajo obravnavati kot temeljne sestavne dele infrastrukture mreže, kar zahteva načrtovanje že na začetku, namesto da bi jih dodali kasneje kot misel v zadnji trenutek.
Dodajanje shrambe tik poleg sončnih elektrarn omogoča, da postanejo bolj prilagodljivi viri energije. Vzemimo za primer sončno elektrarno s 250 megavati v Arizoni. V času špičnih večernjih ur, ko vsi vklopijo luči in gospodinjske naprave, je baterijski sistem na lokaciji prispeval 100 megavatov moči v času štirih ur iz svoje kapacitance 400 megavatnih ur. S tem so preprečili, da bi stare plinske elektrarne za špično obremenitev morale zažgati samo za nekaj dodatnih ur. Takšne konfiguracije zmanjšujejo potrebo po dolgih prenosnih vodih in omogočajo ponovni zagon omrežja po večjih izpadih. Glede na nedavne študije NREL-a podjetja za električno energijo poročajo o prihrankih okoli 40 odstotkov pri zahtevnih prilagoditvah frekvence, ki so potrebne za ohranjanje ravnovesja, ko kombinirajo shrambo s sončnimi instalacijami.
Če pogledamo širšo sliko, je jasno, da je bilo v ZDA dodanih veliko več sistemov za shranjevanje energije v velikih sončnih elektrarnah. Povsem po letalski podatki z zadnjega Market.us poročila, okoli tri četrtine vseh planiranih sončnih projektov za obdobje 2023 do 2024 vključujejo nekakšen baterijski sistem. Kaj to dejansko pomeni? Naša država že zdaj upravlja s približno 20,7 gigavati baterij. To je dejansko kar impresivno, saj bi te baterije lahko oskrbele s svetlobo približno 15 milijonov gospodinjstev v primeru izpada elektrike, ki bi trajal štiri ure. Več držav, ki so si začele zastavljati cilje za proizvodnjo čiste energije, zahteva, da morajo nove sončne elektrarne vključevati tudi vgrajene sisteme za shranjevanje. Ta regulativni pritisk ustvarja priložnosti za podjetja, ki razmišljajo o nadgradnji obstoječih sistemov. Strokovnjaki ocenjujejo, da bi sama ta zahteva lahko letno ustvarila okoli dvanajst milijard dolarjev samo za nadgradnjo obstoječih sistemov z ustrezno baterijsko rezervno napetostjo do sredine naslednjega desetletja.
Velikostne sončne elektrarne v današnjem času večinoma temeljijo na litijevih-ionnih baterijah, saj ponujajo približno 90-odstotno izkoristek cikla in so se v zadnjem času močno znižale v ceni, in sicer do približno 89 ameriških dolarjev na kilovaturo glede na podatke za leto 2023. Te baterije delujejo zelo dobro, kadar potrebujemo veliko energije v kratkem času za nekaj ur, običajno med 4 in 8 urami shranjevanja. Vendar pa se trenutno na trg uveljavljajo novi igralci, kot so železno-zračne in cinkovo-bromidne tekočinske baterije, ki se zdi, da so primernejše za tiste primere, kjer dejansko potrebujemo shranjevati energijo v bistveno daljših časovnih obdobjih, morda kjer od 12 ur vse do več kot 100 ur. Raziskovalci so dosegli napredek tudi pri katodnih materialih in tako pahali gostoto energije litijevih-ionov čez mejo 300 Wh na kilogram, kar pomeni, da lahko podjetja namestijo manjše baterijske sisteme, ne da bi pri tem žrtvovala zmogljivost za svoje sončne elektrarne.
Trdne baterije dosegajo resen napredek pri preprečevanju termalnega ubežanja zaradi svojih keramičnih elektrolitskih konstrukcij, ki omogočajo doseči energijske gostote nad 500 Wh/kg. Takšna zmogljivost jih naredi za idealne kandidate za shranjevanje energije na veliko v sončnih elektrarnah, kjer je pomembna prostorna učinkovitost. Medtem je tehnologija natrijevih ionov v zadnjem času dosegla znatne napredu, saj ponuja podobne zmogljivosti kot litijevih baterij prve generacije, vendar so proizvodne stroške približno 40 % nižje. Materiali, uporabljeni v teh natrijevih celicah, so prav tako veliko lažje dostopni v primerjavi s težkimi kovinami, pri čemer postajajo spojine, kot so analogi berlinske modre, vse bolj priljubljene v proizvodnih krogih. Obe inovaciji ustrezata načrtom mnogih držav za svoje elektroenergetske omrežja v naslednjih desetih letih. Večina vlad načrtuje približno 95-odstotno vključitev obnovljivih virov energije do leta 2035, in te nove vrste baterij pomagajo hkrati rešiti dve veliki problematiki – varnostna tveganja tradicionalnih kemijskih sestavov in naraščajoč problem pomanjkanja surovin, potrebnih za masovno proizvodnjo.
Sistem s sončnimi baterijami se danes hitro uveljavlja, vendar se priključevanje na omrežje sooča z velikimi težavami. Približno 40 odstotkov projektov obnovljivih virov energije, ki so zadržani zaradi zamud, kaže na težave s priključevanjem prek čakalnih vrst, kar je razvidno iz podatkov NREL za leto 2023. Naše sedanje omrežje je zasnovano za enosmeren tok elektrike, zato ima težave s prejemanjem električne energije iz vseh teh majhnih sončnih sistemov s shranjevanjem, ki so razpršeni po soseskah. To pomeni, da morajo uprave za električno energijo narediti velike naložbe za posodabljanje transformatorskih postaj, samo da bi omrežje delovalo brez težav. Še ena težava izhaja iz nezdružljivosti med pretvorniki. Starejša oprema preprosto ne zna ustrezno urediti napetosti med stalnimi cikli polnjenja in praznjenja baterij.
Upravljanje temperature je popolnoma ključno za sisteme za shranjevanje baterij na veliko. Če temperature niso ustrezno nadzorovane, se lahko življenjska doba teh baterij pred zamenjavo skrči za kar 30 %, kar je raziskava DNV-ja iz leta 2022 razkrila. Večina industrijskih predpisov danes zahteva varnostne hlajalne sisteme in napredno tehnologijo za gašenje požarov, ki morajo preprečiti nevarno pregrevanje v roku osmih sekund. Če pogledamo finančno stran stvari, upravljanje toplote predstavlja okoli 18 % stroškov pri nameščanju sistema BESS. Za napravo z zmogljivostjo 100 MW to običajno pomeni dodatnih približno 1,2 milijona dolarjev na skupnem računu. To je precejšen znesek, vendar nujen glede na občutljivost teh sistemov na toplotne težave.
Čeprav litij-ionske baterije prevladujejo v 92 % novih projektov sončnega shranjevanja (Wood Mackenzie 2024), se razvijalci soočajo z bistvenim kompromisom:
Študija Lazard iz leta 2024 je pokazala, da povečanje kapacitete baterij za 20 % poveča donosnost projekta zaradi 30 % daljše življenjske dobe sistema, kljub višjim začetnim stroškom.
Spremembe vladnih politik resnično vplivajo na hitrost in dejstvo, da se sončne baterije vnašajo po državi. Približno petnajst držav v ZDA je začelo zahtevati sisteme za shranjevanje energije za vsako novo sončno elektrarno, večjo od 50 megavatov. V istem času obstaja nekaj, kar se imenuje FERC Order 841, ki nenehno spreminja način, kako dobavitelji energije prejmejo plačilo na veleprodajnih trgih. Glede na mnenje SEIA, če bi lahko poenostavili vse te dovoljenja in zahteve glede dokumentacije, bi do leta 2026 lahko videli, da se napreduje približno 15 gigavatov projekta sončne energije skupaj s shranjevanjem. To bi se zgodilo predvsem zato, ker bi se vsi strinjali glede osnovnih varnostnih pravil in načina, kako se različne komponente omrežja povežejo skupaj.
Vzemite primer projekta Moss Landing v Kaliforniji, ki prikazuje, kaj se zgodi, ko delujejo sončne plošče in baterije skupaj za reševanje težav omrežja v času ekstremnih vrhuncih. Na tem območju je povezanih okoli 1,6 gigavatneure shrambe, povezane z sončnimi ploščami, kar pomeni, da bi lahko oskrbelo z električno energijo več kot 300 tisoč gospodinjstev za približno štiri ure v trenutku, ko jo ljudje najbolj potrebujejo zvečer. Kar je še posebej zanimivo, je dejstvo, da je sistem zmanjšal stroške glob zaradi upravljanja omrežja za skoraj 28 milijonov dolarjev na leto zaradi sposobnosti regulacije frekvence. Precej impresivno, še posebej ker je nadaljeval z delovanjem pri skoraj 98 % učinkovitosti, tudi ko so požari minule poleti onemogočili del prenosnega omrežja.
Največja sončna baterijska naprava na Floridi, s kar 900 MWh zmogljivosti, je zmanjšala uporabo fosilnih goriv v vrhovnih elektrarnah za okoli 40 % v času hurikanske sezone zahvaljujoč se precej pametnim algoritmom za upravljanje. Kar naredi ta sistem tako učinkovitega je njegova integracija z bližnjo sončno elektrarno z močjo 75 MW. S shranjevanjem presežne sončne energije, ki se proizvede v poldnevu, lahko baterije sprostijo električno energijo, ko se povpraševanje med 7 in 9 zvečer močno poveča. Ta pameten pristop prihrani letno okoli 3,2 milijona dolarjev samo v stroških zastojev. Resnična magija se zgodi v nevihtnih dneh, ko omrežje potrebuje dodatno podporo, vendar so tradicionalni viri energije lahko ogroženi ali preprosto predragi za delovanje na polno.
Nedavna namestitev 300 MW/450 MWh Teslinega Megapacka poudarja, kako sončne baterije lahko stopijo v akcijo, ko omrežje potrebuje dodatno podporo. Nazaj v letu 2023, ko je nenadno odpovedala večja termoelektrarna, so te baterije začele delovati v 140 milisekundah – to je približno 60-krat hitreje, kot to zmorejo starejše termoelektrarne. Zahvaljujoč se tej hitri reakciji je okoli 650 tisoč gospodinjstev ostalo brez prekinitve napajanja v času, ko bi lahko prišlo do masovnega izpada. Še posebej navdihujoče pa je, da je sistem ohranil izjemno učinkovitost 92 %, kljub temu da je bil ves dan delno v uporabi. Ta dejavno delovanje v praksi močno podpira idejo, da kombinacija različnih virov energije uspešno deluje skupaj in omogoča lažjo integracijo obnovljivih virov v obstoječo energetsko infrastrukturo, brez izgube zanesljivosti.
Sončni baterijski sistemi so danes vedno pametnejši zaradi umetne inteligence, ki pomaga upravljati z njihovim polnjenjem in praznjenjem ter sodelovanjem z omrežjem. Pametni programi upoštevajo dejavnike, kot je vreme, spremembe cen električne energije skozi dan in trenutne vzorce uporabe energije. Glede na podatke Startus Insights iz leta 2025 lahko takšni pametni sistemi za 12 % do 18 % povečajo donosnost naložbe za upravljavce teh sistemov v primerjavi s starejšimi fiksnimi sistemi. V velikih objektih z velikim številom baterij strojno učenje samodejno porazdeljuje energijo med različnimi baterijskimi bankami in invertorji. To pomaga zaščititi baterije pred hitrim obrabljanjem in ohranja napetostne razlike pod približno 2 %, kar je zelo pomembno pri podpiranju nestabilnih ali šibkih omrežij.
Hibridne sončne-vetrne-baterijske elektrarne zdaj predstavljajo 34 % vseh novih namestitev obnovljivih virov in omogočajo neprekinjeno oskrbo z energijo 24/7 prek:
Nedavne študije poudarjajo, da hibridne elektrarne dosegajo 92 % izkoriščenost kapacitete v primerjavi s 78 % pri samostojnih sončnih elektrarnah, medtem ko integracija shranjevanja na istem območju izgladi 83 % izpadov zaradi nestabilne proizvodnje.