EN
Quick Links
Сьогодні енергетичні мережі все частіше переходять до комбінованих установок з сонячної енергії та зберігання енергії, де сонячні панелі працюють разом із літій-іонними акумуляторами або системами редокс-потокових акумуляторів. Основна ідея тут досить проста — зберігання зайвої енергії, виробленої вдень, щоб використовувати її під час пікового попиту ввечері або коли мережа стикається з проблемами. Оскільки понад 20 відсотків електроенергії в кількох регіонах уже забезпечується відновлюваними джерелами, енергетичні компанії більше не розглядають ці акумуляторні системи як додатковий, непотрібний елемент. Натомість вони починають сприймати їх як фундаментальну частину інфраструктури енергомережі, що потребує планування з самого початку, а не додавання як післяthought.
Додавання систем зберігання безпосередньо біля сонячних електростанцій робить їх набагато гнучкішими джерелами енергії. Візьміть, наприклад, сонячну електростанцію потужністю 250 мегават у штаті Аризона. Під час вечірніх годин пікового навантаження, коли всі вмикають світло та електроприлади, вбудована акумуляторна система об'єкта забезпечила додаткові 100 мегават протягом чотирьох годин із загальною ємністю 400 мегават-годин. Це запобігло запуску старих газових електростанцій, призначених для короткочасного підвищення навантаження. Такі рішення скорочують потребу в довгих лініях електропередач і можуть фактично перезавантажити енергомережу після значних відключень. За даними останніх досліджень Національної лабораторії з вивчення відновлюваної енергії (NREL), енергетичні компанії заощаджують приблизно 40 відсотків на складних регулюваннях частоти, необхідних для підтримки балансу системи, поєднуючи системи зберігання з сонячними електростанціями.
Якщо подивитися на загальну картину, то зрозуміло, що обсяг встановленого накопичувача енергії для великих сонячних електростанцій у США значно зріс. За даними Market.us за минулий рік, приблизно три чверті всіх запланованих сонячних проектів на 2023–2024 роки включатимуть деяку систему акумуляторів. Що це означає насправді? У нашій країні вже зараз працюють акумулятори загальною потужністю 20,7 гігават. Це досить вражаюче, адже їх вистачило б, щоб забезпечити електроенергією приблизно 15 мільйонів домогосподарств у разі відключення електропостачання тривалістю чотири години. Кілька штатів, які встановили цілі щодо виробництва чистої енергії, починають вимагати, щоб нові сонячні електростанції обов’язково мали вбудовані рішення для зберігання енергії. Цей регуляторний поштовх створює можливості для бізнесу, спрямовані на модернізацію існуючих систем. Експерти оцінюють, що лише ця вимога може забезпечити щорічний обсяг ринку у розмірі приблизно 12 мільярдів доларів США лише на модернізацію існуючих систем відповідними акумуляторними системами до середини наступного десятиліття.
Наразі більшість сонячних електростанцій великої потужності покладаються на літій-іонні акумулятори, адже вони забезпечують приблизно 90 % ефективність циклу заряду-розряду, а їхня вартість значно знизилася в останні роки — до приблизно 89 доларів США за кВт·год згідно з даними 2023 року. Ці акумулятори працюють дуже добре, коли потрібно швидко отримати велику кількість енергії на кілька годин, зазвичай від 4 до 8 годин зберігання. Проте на ринку з’явилися нові технології, зокрема акумулятори на залізо-повітряному та цинк-бромідному принципах, які, здається, краще підходять для ситуацій, коли енергію потрібно зберігати значно довше — від 12 годин і аж до понад 100 годин. Дослідники також досягли певного прогресу у розробці катодних матеріалів, підвищивши щільність енергії літій-іонних акумуляторів понад 300 Вт·год на кілограм, що дозволяє компаніям встановлювати менші акумуляторні системи без втрати ємності для своїх сонячних електростанцій.
Батареї з твердим електролітом досягають серйозних успіхів у вирішенні проблеми теплового неконтрольованого розгону завдяки керамічним електролітам, які можуть забезпечити енергетичну ємність понад 500 Вт·год/кг. Така продуктивність робить їх ідеальним вибором для великомасштабних систем зберігання сонячної енергії, де важливим є обмежене місце. Тим часом технологія натрієво-іонних акумуляторів значно наблизилася останнім часом, пропонуючи порівнянні характеристики з літієвими батареями першого покоління, але з виробництвом, що коштує приблизно на 40% менше. Матеріали, використовувані в цих натрієвих елементах, також набагато простіше отримати порівняно з рідкісними металами, а сполуки, такі як аналоги берлінської блакиті, стають дедалі популярнішими в виробничих колах. Обидві інновації чудово вписуються в плани багатьох країн щодо модернізації енергетичних мереж протягом наступного десятиліття. Більшість урядів прагнуть досягти інтеграції понад 95% відновлюваної енергії до 2035 року, а ці нові типи батарей допомагають водночас вирішити дві великі проблеми — ризики безпеки, властиві традиційним хімічним складам, і зростаючу проблему нестачі сировини, необхідної для масового виробництва.
Системи сонячних акумуляторів набирають популярність, але стикаються з серйозними проблемами під час підключення до електромережі. За даними NREL за 2023 рік, приблизно 40 відсотків проектів відновлюваної енергетики, що стикаються із затримками, вказують на проблеми з підключенням через черги на інтерконекшн. Наша теперішня електромережа була створена для односпрямованого потоку електроенергії, тому вона має проблеми з обробкою зворотного потоку енергії від дрібних сонячних систем з накопичувачами, розкиданих по мікрорайонах. Це означає, що комунальні підприємства мають виділяти великі кошти на модернізацію підстанцій, щоб забезпечити стабільну роботу. Ще однією проблемою є несумісність інверторів. Старе обладнання просто не в змозі правильно регулювати напругу під час постійних циклів зарядки й розрядки акумуляторів.
Правильне теплове управління є абсолютно критичним для систем масового зберігання енергії на батареях. Якщо температура не контролюється належним чином, це може скоротити термін служби цих батарей перед заміною на 30%, згідно з дослідженням DNV за 2022 рік. Більшість сучасних галузевих нормативів вимагають систем резервного охолодження та передових технологій гасіння вогню, які мають зупинити будь-які небезпечні ситуації з перегріванням протягом всього восьми секунд. З точки зору витрат, теплове управління становить приблизно 18% від загальної вартості встановлення системи BESS. Для об'єкта потужністю 100 МВт це зазвичай додає приблизно 1,2 мільйона доларів до загальної вартості. Це доволі суттєва сума, але необхідна враховуючи чутливість цих систем до теплових проблем.
Хоча літій-іонні акумулятори домінують у 92% нових проектів сонячного зберігання енергії (Wood Mackenzie, 2024), розробники стикаються з критичним компромісом:
Дослідження Lazard 2024 року показало, що збільшення розміру акумуляторних батарей на 20% підвищує рентабельність проекту завдяки на 30% більш тривалому терміну служби системи, незважаючи на вищі початкові витрати
Зміни урядових політик реально впливають на швидкість та сам факт розгортання сонячних акумуляторів по всій країні. Приблизно п'ятнадцять штатів у США почали вимагати системи зберігання енергії для будь-якої нової сонячної електростанції більшої за 50 мегаватт. У той же час існує цілий документ FERC Order 841, який постійно змінює механізми оплати електроенергії для енергетичних компаній на оптових ринках. За даними SEIA, якщо вдасться спростити всі ці дозволи та вимоги до документації, то до 2026 року ми можемо побачити реалізацію проектів сонячної енергетики разом із системами зберігання потужністю приблизно 15 гігават. Це відбудеться переважно тому, що всі згодні щодо базових правил безпеки та способів підключення різних частин енергомережі.
Візьміть як приклад установку Moss Landing у Каліфорнії, яка демонструє, що відбувається, коли сонячні панелі та акумулятори працюють разом для вирішення проблем мережі під час надзвичайних пікових годин. На цьому місці встановлено близько 1,6 гігават-годин зберігання енергії, пов'язаного з сонячними панелями, що означає, що вона може постачати електроенергію понад 300 тисячам домогосподарств протягом чотирьох годин саме тоді, коли люди найбільше потребують її у вечірній час. Найцікавіше, що система насправді скоротила штрафи для операторів мережі майже на 28 мільйонів доларів щороку завдяки здатності регулювати частоту. Досить вражаюче, враховуючи те, що вона продовжувала працювати з майже 98% ефективності, навіть коли минулого літа пожежі вивели з ладу частину мережі передачі.
Найбільша встановлена сонячна батарея у Флориді, з потужністю 900 МВт·год, скоротила використання пікових електростанцій на викопному паливі приблизно на 40% під час ураганного сезону завдяки досить розумним алгоритмам управління. Що робить цю систему такою ефективною — це її інтеграція з сусіднім сонячним парком потужністю 75 МВт. Зберігаючи надлишкову сонячну енергію, вироблену вдень, акумулятори можуть віддавати електроенергію під час пікового попиту між 19:00 та 21:00 що вечора. Цей розумний підхід економить щороку приблизно 3,2 мільйона доларів лише на витратах, пов'язаних із перевантаженням мережі. Справжня магія відбувається в ті дні, коли настають шторми, і мережі потрібна додаткова підтримка, але традиційні джерела енергії можуть бути порушені або просто занадто дорогими для роботи на повну потужність.
Налаштування останнім часом 300 МВт/450 МВт·год Tesla Megapack демонструє, як сонячні батареї можуть вступити в дію, коли мережам потрібна додаткова підтримка. У 2023 році, після того як велика вугільна електростанція несподівано вийшла з ладу, ці акумулятори почали працювати всього за 140 мілісекунд — це приблизно у 60 разів швидше, ніж можуть старі теплові електростанції. Завдяки цій швидкій реакції, приблизно 650 тисяч домогосподарств залишалися підключеними до енергії під час того, що могло стати масовим відключенням електроенергії. Що робить це навіть більш вражаючим, так це те, що система зберігала вражаючу ефективність 92%, навіть попри те, що її постійно частково використовували протягом дня. Ця реальна продуктивність переконливо доводить, що поєднання різних джерел енергії добре працює разом, спрощуючи інтеграцію відновлюваних джерел енергії в нашу існуючу енергетичну інфраструктуру без погіршення надійності.
Сонячні акумуляторні системи сьогодні стають розумнішими завдяки штучному інтелекту, який допомагає керувати процесами зарядки та розрядки енергії, а також взаємодією з мережею. Розумне програмне забезпечення аналізує такі фактори, як погодні умови, зміни вартості електроенергії протягом дня та поточні зразки споживання енергії. Згідно з Startus Insights за 2025 рік, такі розумні системи можуть підвищити рентабельність інвестицій для операторів на 12–18% порівняно зі старими фіксованими системами. На великих об'єктах, де задіяні великі кількості акумуляторів, машинне навчання автоматично переміщує енергію між різними банками акумуляторів та інверторами. Це допомагає захистити акумулятори від швидкого зношування й утримує різницю напруги нижче приблизно 2%, що має особливе значення під час підтримки нестабільних або слабких мереж.
Гібридні сонячні-вітрові-батарейні установки тепер складають 34% від усіх нових об'єктів відновлюваної енергетики, забезпечуючи постачання чистої енергії 24/7 завдяки:
Останні дослідження показують, що гібридні електростанції досягають 92% використання потужності порівняно з 78% для автономних сонячних ферм, а суміщене зберігання енергії компенсує 83% перебоїв у виробництві, пов'язаних із мінливістю виробництва.