Industrija baterija velike snage: budućnost koja je počela

Industrija baterija (kemijskih energetskih spremnika), kako za električna vozila tako i stacionarnih (na nivou domaćinstva, mikromreže, distributivne ili prijenosne mreže) na početku je burnog globalnog razvoja. Nalazi se na prekretnici između stadija R&D (tehnološki razvoj – development) ka stadiju industrijskog rasta (deployment); ponavlja obrazac koji je industrija solarnih panela prošla prije deset do pet godina, uz sinergiju.

Ovoga tjedna (14.-17. rujna) u Sideyu, Austalija, održan je deveti Energy Storage World Forum.

Razne tehnologije spremnika energije i njihov značaj za mrežu

Baterije- klasifikacijaOd drugih tehnologija pohrane, vezanih uz električnu energiju, od početka elektroenergetike poznate su i koriste se reverzibilne hidroelektrane. Ravničarska Belgija gradi umjetan otok s jezerom za spremanje viška energije iz vjetroelektrana.

Vezano uz koncentracijske solarne elektrane (CSP) koriste se toplinski spremnici (“solarne termoelektrane”). Na nivou istraživanja i razvoja ili demonstracijskih postrojenja su spremnici komprimiranoga zraka i proizvodnja vodika. Izračunavan je i karbonski otisak za razne tehnologije (Smart thermal storage could cut bills and increase use of renewables).

Stacionarni spremnici olakšavaju upravljanje mrežom, izglađujući vrškove potrošnje, tako da se manje elektrana mora paliti i gasiti. Dosad nisu korišteni u tu svrhu zbog skupoće (osim reverzibilnih hidroelektrana).

Također, osiguravaju prihvat u sustav isprekidanih izvora (solarne i vjetrene elektrane), što postaje važan zadatak kad njihov udio u proizvodnji prelazi oko 20% (što su dostigli Danska, Španjolska, Portugal, Njemačka, a druge zemlje i regije će slijediti).

Tehnološki napredne tvrtke danas zauzimaju pozicije i hvataju zalet za uspjeh na tržištu obe vrste baterija. Ovdje donosimo pregled nekih novosti s tog područja.

Dvadeseterostruki rast tržišta do 2024.

Utility-scale battery storage to reach 12 GW, $8.44 billion by 2024

Savjetnička tvrtka Frost & Sullivan objavila je procjenu poslovnih izgleda industrije stacionarnih baterija (i energetskih spremnika generalno), vezanih uz elektrodistribucijske mreže.

Procjenjuju da je u tijeku period “dinamičnog rasta”, tehnologije koja još nije posve komercijalna, ali će se komercijalizacija ubrzavati od 2017..

Procjenjuju da će instalirani kapacitet “utility-scale grid connected battery energy storage systems” (BESS) godine 2024. doseći između 10.000 i 12.000 MW (danas je 430 MW), uz godišnje prihode industrije oko 8,44 milijardi USD (sada 0,46 milijardi). Lider će biti SAD, a za njima Kina, Japan i Njemačka.

Glavni razlog povećanje tražnje je nužnost modernizacije i veće fleksibilnosti mreže da se prilagodi povećanom udjelu vjetro i solarnih elektrana. Dalji razlozi su razvoj “consumer electronics markets” (elektronsko upravljanje potrošnjom na razini pojedini potrošača) i očekivani rast broja električnih vozila.

Postoje međutim i ozbiljni tržišni izazovi koje će trebati prevladati da se taj potencijal ostvari. Izgledi su veliki za kompanije koje imaju tehnološke sposobnosti.

Današnje litij-ionske baterije će još neko vrijeme dominirati tržištem, ali je moguće da se kroz nekoliko godina pojave kao komercijalne druge tehnologije.

Članak o tržišnim perspektivama u Indiji, a osnovu ove analize:
Energy Storage in India: Taking up the Challenge.

Uz prethodnu projekciju o razvoju stacionarnih baterija, ovih dana je objavljena i studija o baterijama za električna vozila.

Advanced Energy Storage for Automotive Applications

Tržišni rast električnih automobila nešto je sporiji nego što se prije oko pet-deset godina predviđalo, ali ipak rastu i opće je očekivanje da će doživjeti značajan bum u slijedećim godinama i desetljećima.

U stadiju R&D su razne moguće tehnologije baterija, ali klasične litij-ionske baterije izgleda da će i dalje dominirati u slijedećih desetak godina. Proizvođači automobila intenzivno rade na tome da smanje troškove i povećaju gustoću energije i samodostatnost vozila.

Savjetnička tzrtka za analize globalnih tržišta Navigant Research predviđa da će se vrijednost tržišta za Li-ion baterije do 2024. učetverostručiti, sa procjenjenih 7,8 milijardi USD 2015. na 30,6 milijardi USD 2024.. g..

Budućnost je započela

Slijedeći članak, objavljen 16. rujna u The Washington Post opisuje aktualna zbivanja i tendencije, na osnovu kojih analitičar tržišta daju gore navedene projekcije budućnosti.

Why storing solar energy and using it at night is closer than you think

Baterije i pametne mrežeVažna je napomena na početku teksta: nasuprot fokusu pažnje javnosti kad je E. Musk u svibnju promovirao Tesla Powerwall, nije glavni cilj ni dobrobit u tome, da jedno domaćinstvo samo može zadovoljavati svoje potrebe za električnom mrežom, pa se isključiti iz lokalne distributivne mreže (vidi o tome i Reality Check: Maybe Energy Storage Isn’t Ready for Prime Time). To je moguće, ali je nepotrebno i bilo bi veliko rasipanje resursa; mreže omogućuju optimizaciju (vidi: Izranjajuća harmonija velikog i malog u elektroenergetici).

»Ove godine pojavilo se nekoliko ključnih najavljenih, završenih ili ekperimentalnih projekata spajanja baterija i solarnih fotonaponskih panela na nivou električne mreže. (…) I dosad je bilo pionirskih inicijativa i pilot projekata, ali sada izglade da tehnologija “solarna plus skladištenje” počinje nastupati.«

Vijesti o novim proizvodima, istraživanjima i tehničkim rješenima stižu, ako pratite specijalizirane portale, ako ne baš svakodnevno, barem nekoliko svakog tjedna. Evo jedna vijest iz lipnja.

UK solar start-up powers up to take on Tesla’s home battery

Britanski odgovor na Teslinu kućnu bateriju “Powerwall”, koja je nedavno izazvala senzaciju u svjetskim medijima, nudi londonska start-up tvrtka Powervault. Sustav je jednostavan, može stajati u kuhinji i instalira se za jedan sat.

Kompanija u nekoliko dana prikupila 700.000 funti na investment crowdfunding platform Crowdcube.

U UK danas 670.000 domaćinstava ima solarne panele, a očekuje se da će broj porasti na dva milijuna do 2020. g.. Oko polovicu proizvedene elektrike šalju u mrežu, te kupuju navečer, kad je skuplja. Domaći spremnik električne energije mogao bi im smanjiti račune.

Konkurencija je žestoka. Mercedes-Benz predstavio svoju kućnu bateriju početkom lipnja. Njemačke kompanije Sonnenbatterie i IBC Solar već ih prodaju, a druge kompanije rade na razvoju svoje ponude.

Istraživanja i razvoj tehnologija

Ovo je iz kolovoza 2014. – značajan globalni uvid.

Asian inventions dominate energy storage systems

Studija, u kojoj su analizirani podaci o prijavljenim patentima tehnologija elektrokemijske pohrane energije u svijetu 1991.-2011.. Znatnu većinu svih patenata prijavile su azijske kompanije.

Ove tehnologije imat će ključnu ulogu u bliskoj budućnosti, kako se očekuje znatan rast proizvodnje električne energije iz isprekidanih izvora (vjetar i sunce). Zato i broj prijavljenih patenata odnosno zahtjeva za zaštitu intelektualnoga vlasništva znatno raste: od 2.800 godine 2006. na 5.900 godine 2011..

Velika većina odnosi se na litijumske baterije. Isčezao je strah da one nisu dovoljno sigurne. Na drugom mjestu su klasične olovne baterije, a na trećem, uz brzi rast, redox flow baterije.

jedan vijest iz lipnja o.g., o istraživanju mogućih tehnoloških unapređenja:

New manufacturing approach slices lithium-ion battery cost in half

Na brzorastućem tržištu električnih baterija, klasične litijum-ionske i dalje suvereno vladaju, iako mnogi istraživači polažu šanse u druge tehnologije, koji bi ih u budućnosti mogle zamijeniti.

Grupa istraživača s Massachusetts Institute of Technology (MIT) izvještava o poboljšanju metoda proizvodnje koje bi moglo prepoloviti troškove, poboljšati performanse i olakšati recikliranje.

Slijedeća vijest je pak o istraživanju tehnologije koja bi mogla spojiti solarne ćelije i baterije u jedinstveni uređaj.

Chemists devise technology that could transform solar energy storage

Spominjali smo da je umjetna fotosinteza “sveti gral” obnovljivih izvora. Članak objavljen u časopisu Science, prikazuje rezultate grupe istraživača s Kalifornijskog sveučilišta Los Angelos (UCLA).

Materijali od kojih su napravljeni današnji solarni paneli mogu skladištiti energiju samo nekoliko mikrosekundi. Oni su razvili sintetski organski materijal, inspiriran fotosintezom, za koji kažu da može skladištiti solarnu energiju nekoliko tjedana.

sistem koji su razvili zasniva se na polimerskom donoru, koji apsorbira solarne fotone i ispušta elektrone, koje apsorbira fulerenski akceptor. Ali problem je spriječiti obrnuti proces.

Razvili su razmještaj donora i akceptora da to spriječe. Fulereni unutar strukture predaju elektrone drugim fulerenima koji su izvan veze s donorima, te ih mogu učinkovito čuvati tjednima. No, sad tek treba povezati tu tehnologiju sa solarnim ćelijama.

Puno imatakvih vijesti o istraživanjima (još jedan primjer – koovoz 2015, članak objavljen u Journal of the American Chemical Society).

(Treba imati na umu, čitajući izvještaje o istraživanju i razvoju, da većina toga, iz raznih razloga, na kraju ne bude realizirana. Ali sve je to dio znanosti, jer netko drugi na neuspjehu nešto nauči. Oni koji ulažu u istraživanja, napreduju, iako izgleda pametnije pustiti da se drugi gnjave i kupovati gotove patente.)

Zadaci: povećanje kapaciteta i brzine punjenja

Uz kapacitet baterija, problem s kojim se sreću električna vozila je i brzina punjenja.

Fast charging electric bus does overtime

Električni autobusi danas se ispituju u raznim krajevima svijeta. U odnosu na osobni automobil, masa je mnogo veća, ali su zahtjevi za maksimalnom brzinom i ubrzanjem znatno blaži.

Njemački institut Fraunhofer, s više partnera, razvija koncept autobusa s baterijom koja se može brzo puniti. Sustav se testira u Dresdenu od studenoga 2014..

Fiksna ruta i redovne postaje olakšavaju planiranje. Baterija se može puniti dok autobus stoji na terminalu – svaki put pomalo, ne odjednom. Ali svejedno je potrebna velika brzina punjenja.

U projektu EDDA, kombiniraju se četiri tehnologije koje su razvile razne kompanije i Institut. Kontaktni sustav za punjenje je smješten na krovu autobusa i u nadstrešnici stajališta.

U fazi istraživanja su drugačije tehnologije baterija. U članku New “Designer” Energy Storage Breakthrough Packs 3 Football Fields Into 1 Ounce of Carbon prikazano je istraživanje mogućeg novog materijala, koji bi omogućio veću gustoću skladištenja energije.

Još jedno takvo istraživanje:

Trees are source for high-capacity, soft batteries

Grupa istraživača iz Švedske i SAD objavljuje u časopisu “Nature Communications” rad o metodi proizvodnje materijala za baterije visokog kapaciteta iz drvne pulpe.

Iz drvnih vlakana dobiva se nanoceluloza, a iz nje spužvasti materijal (aerogel). Porozne trodimenzionalne strukture mogu omogućiti znatno veću gustoću pohranjene energije nego kod konvencionalnih baterija.

U procesu se prvo rastaču drvna vlakna. Nanoceluloza se izdvaja, smrzava i zatim suši tako da vlaga isparava bez prelaza u tekuće stanje. Zatim materijal prolazi kroz proces kojim se molekule stabiliziraju.

Rezultat je, kaže jedan od autora Mahiar M. Hamedi, porozni materijal (aerogel) koji je lagan i mekan, fleksibilan, a istovremeno i vrlo otporan.

Zatim se dodaje tanki premaz električnog vodiča. On ulazi u pore, te se u malom volumenu dobiva velika korisna površina. Hamedi to uspoređuje s ljudskim plućima, čija bi korisna površina, kad bi se raširila, prekrila nogometno igralište.

Tako se mogu dobiti baterije, primjerice za električne automobile, većeg kapaciteta.

Interes potrošača postoji

Brodovi, naravno, odavno imaju elektromotore; sad je konstruiran trajekt koji koristi isključivo baterije.

World’s First All-Electric Battery-Powered Ferry

Norveški trajekt “Ampere” prvi je u svijetu kojeg pokreću isključivo električne baterije. Dizajnirao ga je Siemens, a proizvodi brodogradilište Fjellstrand.

Prevozi 120 automobila i 360 putnika na ruti Lavik-Oppedal brzinom od 10 čvorova, te kažu da može biti u službi 365 dana godišnje.

Pokreću ga dva električna motora snage po 450 kW. Napravljen je od aluminija umjesto čelika i upola je lakši od konvencionalnog trajekta, unatoč baterijama teškim 10 tona. Punjenje baterija traje samo deset minuta.

Slijedi jedan zanimljivi prikaz istraživanja javnog mnjenja koje je u Australiji provela investicijska banka Morgan Stanley.

Five graphs that show how battery storage will appeal to households

Aktualna australijska vlada neprijateljska je prema obnovljivima i računa na rast prihoda od izvoza ugljena. Ali postoji znatan društveni pokret za solarnu energiju, često uz podršku lokalnih vlasti, tako da dva milijuna domaćinstava ima instalirana solarna postrojenja (za proizvodnju električne energije, za grijanje vode ili oboje).

Sad su na redu sustavi skladištenja. Investicijska banka Morgan Stanley objavila je rezultate istraživanja javnoga mnjenja da je polovica domaćinstava u Australiji zainteresirana za instaliranje kućnih baterija. Tako se energija proizvedena tijekom dana može spremati za potrošnju navečer. Procjenjuju vrijednost tržišta na 24 milijarde USD. To će znatno smanjiti prihode elektrodistribucijskih poduzeća.

Za postrojenje vršne snage 3 kW (kakva dominiraju u Australiji – manja snaga nego u Europi), koje nema ugovor o otkupu po garantiranoj cijeni (FiT) ili po njegovom isteku, investicija u bateriju Tesla Powerwall kapaciteta 7 kWh isplati se za pet do šest godina.

Nadmetanje velikih igrača za bolje startne pozicije

Da se vratimo kompaniji Tesla Motors: intenzivno se nastoje plasirati na buduća tržišta u cijelom svijetu. Ovo je članak o Italiji.

ENEL Green Power and Tesla joni forces on the develoment of batteries in solar and wind plant

Baterije utility-scaleTalijanska kompanija ENEL Green Power (EGP) i američka Tesla objavile su sredinom svibnja u Rimu potpis ugovora o testiranju integracije Teslinih stacionarnih sustava skladištenja energije (stationary energy storage systems) s Enelovim solarnim i vjetrenim elektranama. Cilj je dogovora povećati raspoloživost elektrana i poboljšati njihovu integraciju u mrežu.

U pilot-projektima, na nekoliko mjesta bit će instalirani Teslini baterijski sustavi snage 1,5 MW i kapaciteta 3 MWh.

Ugovor je dio šireg Memoranduma o razumijevanju o daljoj suradnji.

EGP na pilot-projektima surađuje i s drugim glavnim igračima u sektoru spremnika energije, kao što su Flamm, GE, Samsung SDI i toshiba.

EGP osim u Italiji djeluje u drugim zemljama Europe, u obje Amerike i Afici. Upravlja s oko 740 elektrana koje korste vjetar, sunce, vodu, toplotu Zemlje i biomasu, ukupne snage 9.600 MW i godišnje proizvodnje oko 32 milijarde kilovatsati.

Ekonomska prijetnja za elektrodistributivna poduzeća

Zbog toga što će potrošači električne energije sve više istovremeno biti i proizvođači, elektrodistributivna poduzeća prodavat će manje.

Utility Sales May Drop by Half as Homes Make Their Own Renewable Power

Elektroprivredne tvrtke (“elektre”) na sjeveroistoku SAD mogle bi od 2030. izgubiti do polovice prihoda od prodaje električne energije, zbog toga što će potrošači instalirati solarne i baterijske sustave za pokriće vlastite potrošnje, predviđa nova studija Rocky Mountain Institute.

U posljednje tri godine, zahvaljujući padu cijene solarnih panela i ponude leasinga, te daljem padu cijena koje je donijela ekonomija obima, cijene krovnih FN sustava padale su za više od 50% svake godine.

Neke elektre, suočene s opadanjem prodaje, počele su naplaćivati taksu za korištenje mreže (“mrežarina”) za svaki priključak.

Kompanija SolarCity prošlog je mjeseca podnijela tužbu u Arizoni, protiv plana da se kućanstvima koja koriste solarnu energiju naplaćuje mjesečna naknada od najmanje 32,44 USD za priključak na mrežu.

Nasuprot tim nastojanjima nekih elektri da obrane poslovni model zasnovan na područnom monopolu, kalifornijske tvrtke PG&E Corp. i Edison International kažu da vide prilike za rast kroz investicije u mrežu, da se omoguće dvosmjerni tokovi energije.

Za kraj, iako to nije primarni cilj, jedan članak o elektroenergetskom osamostaljivanju domaćinstava i drugih malih potrošaća. Objavljen je još u travnju, prije nego što je karizmatski Egon Musk podigao prašinu objavom o Tesla Powerwallu.

Rethinking the Grid: Personal Power Stations in Your Garage

Još jedan od brojnih tekstova o revolucionarnoj promjeni dizajna električne mreže, zbog velikog pada cijena kućnih solarnih elektrana, a sada i baterija.

Onima koji su govorili o mogućnostima alternative u distribuiranoj proizvodnji, zlobno su dobacivali: “A jel, ne volite velike kompanije? Ne volite nuklearne i termoelektrane i velike brane? Pa fino si izgradite svoju elektranu i isključite se s mreže!”

To je bilo spominjano kao očiti apsurd – tehnički još i izvedivo, ali skuplje od struje iz mreže pedeset puta ili tako nešto.

Sav više nije tako. I to sad postaje veliki biznis, pa ćete opremu opet kupiti od velike kompanije (BMW, Bosch, Nissan…).

Zanimljiv detalj u tekstu: proučavaju kako bi se baterije električnih vozila, nakon što im istekne rok upotreba za primarnu svrhu, mogle koristiti kao stacionarne, jer još uvijek imaju 70% kapaciteta.

Neke korisne poveznice na ovu temu

Energy Storage Association

International Battery & Energy Storage Alliance (IBESA)

Energy Storage News

Energy Storage Online

Energy Storage Forum

Neki raniji tekstovi na ovom blogu o baterijama, i o spremnicima energije općenito:

Uklapanje nestalnih izvora u električnu mrežu: reverzibilne hidroelektrane (3. kolovoza 2012.)

Sustavi pohrane električne energije – bitni dio buduće mreže zasnovane na obnovljivima (20. travnja 2013.)

Još o sustavima pohrane (električne) energije (16. svibnja 2013.)

Joj da je meni vlast 🙂 (19. lipnja 2013.)

Vjetar, sunce i baterije – novosti o energetskom zaokretu

Transformacija elektroenergetskih sustava moguća uz male troškove, kaže IEA (13. ožujka 2014.)

Nova elektroenergetika: od nanomreže do supermreže (10. veljače 2015.)

Izranjajuća harmonija velikog i malog u elektroenergetici

O autoru Zoran Oštrić

Osobni blog: http://zoranostric.blog.hr
Ovaj unos je objavljen u Uncategorized. Bookmarkirajte stalnu vezu.

Odgovori

Popunite niže tražene podatke ili kliknite na neku od ikona za prijavu:

WordPress.com Logo

Ovaj komentar pišete koristeći vaš WordPress.com račun. Odjava / Izmijeni )

Twitter picture

Ovaj komentar pišete koristeći vaš Twitter račun. Odjava / Izmijeni )

Facebook slika

Ovaj komentar pišete koristeći vaš Facebook račun. Odjava / Izmijeni )

Google+ photo

Ovaj komentar pišete koristeći vaš Google+ račun. Odjava / Izmijeni )

Spajanje na %s