Izranjajuća harmonija velikog i malog u elektroenergetici

Članak pod ovim naslovom objavljen je na našem blogu 8. svibnja 2013.. Ovdje ga prenosimo uz ispravak nekih tipfelera i druge manje ispravke i dopune, te dodajemo još neke pasuse, s vijestima u posljednja tri mjeseca.

piše: Zoran Oštrić

1. Distribuirana prizvodnja elektrike i pohrana energije

Veliki peso i mali peso

Nedavno objavljen izvještaj tvrtke za istraživanje tržišta i savjetovanje Navigant Research predviđa eksplozivni rast distribuirane proizvodnje solarne energije, iz fotonaponskih sustava snage do 1 MW, u slijedećih pet godina. Danas je u svijetu instalirano oko 100 GW fotonaponskih elektrana, od čega su većina velika (utility-scale) postrojenja. Procjena je, da bi samo distribuiranih u slijedećih pet godina moglo biti instalirano 220 GW, uz ulaganje od 540 milijardi USD. (Podaci o sadržaju izvještaja su ovdje. Nije dostupan bez plaćanja.)

Report Anticipates 220 New Gigawatts of Distributed Solar Generation by 2018

Proizvodnja električne energije disperzira se na milijune malih proizvođača, kao što je danas slučaj s potrošnjom. Znatan postotak proizvodnje koristit će u blizini, bez potrebe za transformacijom na visoki napon, čime će se smanjivati gubici u mreži. Sadašnji državni poticaji kroz feed-in tarife omogućuju brzo širenje nove tehnologije, ali uskoro više neće biti potrebni, jer FN sustavi postižu “mrežni paritet”, tj. cijena proizvodnja je niža od cijene koju potrošači plaćaju lokalnom elektroprivrednom poduzeću.

Bitni čimbenik bit će i napredak u učinkovitosti i ekonomičnosti stacionarnih baterija (različitih tehničkih svojstava od onih u električnim vozilima), različitih kapaciteta, koje će se postavljati na raznim nivoima mreže (pojedinačne zgrade, mjesni, lokalni, nacionalni, međunarodni) iz tehničkih razloga (za spremanje viškova, kad proizvodnja premaši potrošnju) ili ekonomskih (za kasniju vlastitu potrošnju, jer će ukupna cijena proizvodnje i pohrane biti manja od cijene koju potrošači plaćaju elektrodistribuciji; to se naziva “grid parity”, mrežni paritet). Iako su nestalni i neupravljivi (intermittent and non-dispatchable) izvori u nekim zemljama prešli 20% proizvodnje tijekom godine (te više od 50% u pojedinim satima pa i danima), zasad se za nije pojavila snažna potreba za dodatnim sustavima pohrane energije, ali uz sadašnji trend rasta sigurno će se pojaviti u bliskoj budućnosti. O tome smo nedavno (20. travnja) objavili tekst Sustavi pohrane električne energije – bitni dio buduće mreže zasnovane na obnovljivima, a sad dodajemo nekoliko novih vijesti koje daju potpuniju sliku.

Eos Energy Storage — Next Big Thing In Energy Storage?

Članak govori o mogućem važnom tehnološkom prodoru u gradnji električnih baterija dovoljnog kapaciteta da se mogu koristiti na nivou elektroprivrednog poduzeća (utility), te trajnosti, učinkovitosti i cijene koja ih čini izglednim za masovno korištenje. Jedinica jedan megavat, kapacitet 6 MWh, trajnost 30 godina odnosno 10.000 ciklusa punjenja i pražnjenja. Članak donosi i neke dodatne informacije o tehnologijama skladištenja energije.

Ministarstvo energetike (Depertment of Energy) SAD donosi vijest o još jednom istraživanju novih tipova baterija , koje će olakšati šire korištenje vjetrenih i solarnih elektrana: New Battery Design Could Help Solar and Wind Power the Grid. Za one koje zanima više detalja: SLAC National Accelerator Laboratory – New Battery Design

IHS: Solar PV energy storage market to grow to USD 19 billion in 2017

članak govori o nedavno objavljenom izvještaju “The Role of Energy Storage in the PV Industry”, kojeg je objavila američka savjetnička tvrtka IHC Inc.. Predviđa da će u slijedeći pet godina svjetsko tržište za pohranu električne energije,vezano uz fotonaponske sustave, rasti stopom od 100% godišnje. (Ovdje se radi o baterijama manjih snaga, nekoliko ili nekoliko desetaka kilovata, a ne o “utility scale” kao u prethodnoj vijesti.) Očekuje se da će lider biti Njemačka (koja od 2008. bilježi strelovit rast FN elektrana, brži od očekivanoga, s danas postavljenih 30 GW vršne snage.) Njemačka je za baterije, vezane uz male FN sustave, uvela subvencije. S druge strane, cijena električne energije za kućanstva u Njemačkoj je visoka (oko 25 eurocenta po kilovatsatu), a garantirane otkupne cijene za predaju u mrežu padaju (i bit će ukinute kad instalirana snaga dosegne 52 GW) i niže su od kupovne cijene. Tako se malim proizvođačima (ne samo pojedincima, nego i kooperativama koje u njemačkoj energetici igraju znatnu ulogu) isplati ulagati u baterije, čuvajući proizvedenu energiju za vlastitu kasniju potrošnju.

World’s largest battery storage system to be installed in Japan

Vijest u biltenu “Energy Storage Industry News”: japanska vlada ulaže 300 milijuna dolara u gradnju najvećeg baterijskog sustava na svijetu, kapaciteta 60 MWh, na otoku Hokaido na kojem je već sagrađen velik broj fotonaponskih sustava. Poticajne mjere japanske vlade koje su stupile na snagu 1. srpnja prošle godine dovele su do znatne ekspanzije obnovljivih električnih kapaciteta, a osobito fotonaponskih (portal renewableenergyworld.com upozorava da bi prevelika brzina mogla donijeti probleme).

Jedno rješenje za problem varijabilnosti vjetra je integracija baterija sa turbinom. Kako čitamo u članku For Some Wind Turbines, Batteries Are Now Included!, “General Electric” je razvio takav model, koji je intaliran u jednoj VE u Teksasu.

2. Nova hijerarhija mreža

U slijedećem tekstu, prvobitno objavljenom u diskusiji na jednom forumu (ovdje uz manje izmjene), pokušali smo bez tehničkih detalja, u grubim crtama opisati ono što danas, nama pred očima, izranja: transformacija dizajna elektroenergetskog sustava. Mreža, koja bi jednoga dana mogla uspostaviti harmoniju velikog i malog, spajajući industrijalističku opsesiju veličinom sa humanističko-ekonomskom i ekologističkom parolom “Small is Beautifull”.

Sadašnji elektroenergetski sustav, kako se razvijao u našim krajevima od polovice prošloga stoljeća a u naprednijima koje desetljeće ranije (u SAD prije stotinu godina), bazira se na malom broju velikih elektrana i velikom broju potrošača. Na pojedinim područjima, jedne države ili uže, pojedina elektropirvredna poduzeća imaju monopolnu poziciju (tehnološki monopol). Njihovo poslovanje regulirano je državnim propisima, a međusobno se povezuju vodovima visokoga napona, te trguju kad imaju višak ili manjak proizvodnje i zajednički reguliraju cijeli sustav, dajući mu veću stabilnost. Sinhronizacija mreže u većem dijelu Europe izvanredno je dostignuće tehnologije, organizacije i suradnje. Unificirana je usluga, a onda i način korištenja, svuda gdje mreža postoji.

Sustav se počeo razvijati polazeći od prvotno nastalih “otoka”: jedna mala elektrana koja je snabdjevala jedno ili nekoliko industrijskih postrojenja, uličnu rasvjetu, nekoliko kuća. Kasnije su se otični sustavi povezivali, građeni su vodovi visokog napona, odvojen prijenos od distribucije. Sada se pažnja vraća na lokalni nivo, ali globalna povezanost se ne treba odbaciti. Danas možemo spojiti dva komplementarna pristupa, “odozdo” i “odozgo”.

Moguće je imati posve samodovoljan sustav za jednu kuću, s fotonaponskim panelima na krovu i baterijama. Ali to je skupo i neučinkovito, a nije ni potrebno, osim naravno kad se radi o pojedinim objektima daleko od mreže. Paneli od 10 kW na prosječnom krovu obiteljske kuće daju tijekom godine znatno više nego što prosječna obitelj potroši (u Hrvatskoj oko triput više, a obično najviše daju onda kad su potrebe kućanstva manje. Zato je i ekonomski i ekološki povoljnije da se kuća spoji na mrežu, kako se danas i radi, te naizmjence bude proizvođač i potrošač. Međutim, to danas može biti lokalna mreža, na manjem prostoru nego što npr. danas pokrivaju elektrodistribucijska područja u Hrvatskoj.

Ako se poveže sustav na nivou jednog sela ili četvrti, smanjuje se neravnoteža. ponude i potražnje. Tu su potrošači nekoliko desetina ili stotina kuća, škola, trgovine, kafići, obrtničke radionice idr.. A istovremeno u tom krugu može biti nekoliko desetaka fotonaponskih sustava, nekoliko manjih vjetroelektrana (ne onih od nekoliko megawata, nego desetaka kilowata), mala hidroelektrana na potoku, mali pogoni na drvne brikete ili bioplin… Sve to zajedno čini mjesnu mrežu. Ona se može napraviti posve samodovoljnom (kao u seocetu Feldheim u Njemačkoj uz znatno manje neučinkovistosti nego za pojedinačni objekt. Potrošnja je blizu mjesta proizvodnje, sve je na niskom naponu.

Ipak, nema razloga težiti potpunoj samodovoljnosti. Cijelo područje ostaje povezano na mrežu višeg napona. Neka područja mogu tijekom godine imati neto višak proizvodnje, druga manjak. Mogu imati baterije za spremanje lokalnih viškova.

Slijedeća prezentacija, sa skupa “7. hrvatski dani biomase” u rujnu 2012., govori o mogućnosti primjene tog koncepta u gradu Našice (prema modelu koji se razvija u austrijskom gradu Güssing): Model Güssing – nove tehnolgije na području obnovljivih izvora energije za energetski autarkični grad Našice,

Iznad toga, treći nivo bi bila šira područja, otprilike kao današnja elektrodistributivna područja u Hrvatskoj, svako sa više desetaka tisuća domaćinstava plus ostalo. Sva ta područja postaju distributivno-proizvodna, s elektranama reda nekoliko megavata ili desetaka megavata, koje se uključuju na tu mrežu. Tu će biti skladišta u vidu reverzibilinih hidroelektrana, možda komprimiranog zraka, proizvodnje vodika idr..

Iznad toga je nacionalno područje, i konačno područje “supermreže” (European Supergrid ili EUMENA Supergrid), od Atlantika do Urala, od Laponije do Sahare, koje zajedno sa svim nižim nivoima osiguravaju stabilnost mreže.

Mnogo složeniji sustav nego prije, “pametne mreže” kojima se ne bi moglo upravljati bez moderne elektronike. Struja za vaše računalo može dolaziti iz fotopanela na krovu od nekoliko kilowata, male kogeneracije na biomasu u susjedstvu od jednog megawata, ili iz elektrana od stotina i tisuća megawata udaljenih i nekoliko tisuća kilometara.

To je jedan od ključnih dijelova sadašnje energetske tranzicije, “Energiewende”. Ne načelna vizija budućnosti, kakvu smo imali 1980-ih i 1990-ih, nego sustav čiji dijelovi izranjaju, proces koji je u tijeku i potrajat će još nekoliko desetljeća.

3. A što se to tiče nas Hrvata?

Među ekspertima u Hrvatskoj (znanstvenicima i stručnjacima) i danas prevladava izrazito konzervativan pogled, da je sadašnji dizajn električne mreže u bitnome besprijekoran, da su moguća samo mala poboljšanja, da su svi ti obnovljivi, baterije, promjene strukture mreže, distribuirana proizvodnja… puke iluzije, ili su tehnički problemi praktički nesavladivi, ili je sve to strašno skupo. Rutinski se i danas objašnjava kako novi obnovljivi izvori (a osobito vjetar i sunce) mogu biti samo dodatak velikim hidroelektranama, termo i nuklearnim elektranama, a “izranjanje” drugačijeg sustava je fatamorgana.

Kako reagirati na evidentnu činjenicu, da najmoćnije zemlje svijeta posvećuju veliku pažnju i puno novca u razhvoj novih pristupa? Možemo se ponašati na dva osnovna načina.

A. Zgražati se, kako bogate zemlje (Njemačka, Japan, Kina, SAD itd.) bez veze troše novac na gluposti, i reći da mi s tim ne želimo imat ništa – mi čemo gradit elektrane na fosilna goriva, možda i nuklearke, vjetar i sunce držati na par posto pa nam sustavi pohrane neće trebati. Ponajmanje ćemo ulagati u razvoj novih tehnologija – pa svi znamo da je to previše rizično! Svi znamo da je najbolji način ono, što smo oduvijek i radili: čekat da drugi razviju tehnologiju pa je kupit gotovu.

Ili nasuprot tome, dva moguća čimbenika:

B1. razmisliti, ako najuspješnije zemlje u nešto ulažu, možda za to ima valjanih razloga?

B2.Posve pragmatički: ako će to tržište godine 2022. biti 30 milijarid dolara, u Europi možda trećinu od toga, možemo li nešto od toga i mi zaradit? Nekakvu tradiciju eletroindustrije imamo, fakultete koji proizvode inženjere imamo…

Pa ako nekako izvedemo, da Hrvatska zaradi 1% od tog europskog tržišta, to je 100 milijuna USD – nije za bacit! Gotovo dovoljno, da platimo uvozni ugljen za TE Plomin C!

Stvar je u tome, ako bogati zapravo stvarno razbacuju novac na gluposti, što bi trebali raditi siromasi poput nas? Stajat sa strane i smijati im se kako su glupi? Ili nastojati zadovoljiti njihove ekscentrične želje pa dio njihovog novca usmjeriti u svoj džep?

4. Dodaci

Još jedan izvještaj tvrtke Navigant Research: Energy Storage on the Grid. Predviđaju eksponencijalni rast segmenta dugotrajne pohrane (“long-duration energy storage”, ili “bulk energy storage on the grid”, ESG, masovno skladištenje na nivou mreže) u slijedećih devet godina. Od danas beznačajnog, predviđa se da će tijekom godine 2022. biti instalirano 14 GW ESG kapaciteta, odnosno kumulativno 2012.-2022. 56 GW.. U 2022. g., godišnji prihodi industrije biti će 30 milijardi USD. Ovo uključuje sve metode: baterije raznih vrsta, komprimirani zrak, reverzibilne HE idr.; očekuje se uvođenje brojnih inovacija.

Poznata tehnologija skladištenja energije, koja ne zahtijeva nikakva bitna tehnička unapređenja, su reverzibilne elektrane. O tome smo ovdje na blogu 3. kolovoza 2012. objavili članak Uklapanje nestalnih izvora u električnu mrežu: reverzibilne hidroelektrane. Članak objavljen na mrežnom sjedištu thinkprogress.org 27. kolovoza 2013.: The Inside Story Of The World’s Biggest ‘Battery’ And The Future Of Renewable Energy, govori o najvećoj “bateriji” na svijetu (naravno, riječ je o reverzibilnoj HE).

New German subsidy kick-starts solar energy storage market

Jedan od najnovijih komentara na temu tržišta energetskih spremnika, vezanih uz FN panele. Predviđa se da će njemačke subvencije za pohranu energije za domaćinstva, vezano uz FN postrojenja, potaknuti brzi rast na sličan način kao što je sustav feed-in tarifa učinio za FN industriju prije osam godina. Slične subvencije postoje u Japani i u Kaliforniji. Postepeno smanjivanje garantirane otkupne cijene i rast cijena elektrike, uz pad cijena FN sustava, čine financijski isplativim za domaćinstva da sam i koriste proizvedenu elektriku iz solarnih panela umjesto da je predaju u mrežu.

Članak Microgrids: Coming or No?, objavljen 9. svibnja na portalu RenewableEnergyWorld.com, govori o najnižoj, mjesnoj razini mreže. Govori o naglo povećanom interesu za tu temu u SAD nakon što je uragan Sandy doveo do teških poremećaja u makro-mreži.

Solar towers and storage – about to change the energy game?

Od sredine prošlog desetljeća, cijene fotonaponskih sustava su vrtoglavo padale, pa su centralizirane solarne elektrane (CSP) ostale u drugom planu, još uvijek na nivou demonstracijskih postrojenja. Cijenom ne mogu konkurirati a zbog velike količine potrebnog materijala ne može se očekivati ni da će cijene tako brzo padati.

FN sustavi imaju međutim manu da se proizvedena električna energija ne može uskladištiti (odnosno, spremnici se moraju dodati posebno, na čemu se sada mnogo radi, o čemu smo prilično pisali zadnjih mjeseci), dok je kod CPS to lakše urediti, jer se stvara toplinska energija.

Ovaj članak Gilesa Parkinsona na reneweconomy.com.au govori o postrojenju sa središnjim tornjem, koje se gradi u Nevadi, koje će raditi kao bazično, zahvaljujući sustavu pohrane za osam sati, snabdjevajući strujom Las Vegas. Sustav je “dispecheable” (raspoloživ, upravljiv), Capacity factor (godišnja proizvodnja, izražena kao postotak u odnosu na teorijski maksimum ako 100% vremena radi nazivnom snagom) je u rangu s očekivanima kod klasičnih termoelektrana.

Germany energy storage incentive could push PV market even farther

Još jedan članak o poveznosti tehnologija pohrane energije sa vjetro i solarnim elektranama; izvještaj sa Intersolar Europe u Münchenu. Njemačka je od 1. svibnja uvela subvencije za baterije, vezane uz FN sustave.

S rastućim udjelom fluktuirajućih obnovljivih izvora, tri područja skladištenja postaju sve važnija:

  1. spremišta vezana uz krovne sustave, koje trebaju pojedincima;
  2. elektroprivrede će trebati spremišta za upravljanje mrežom;
  3. zemlja će trebati naći put da skladišti višak stvoren ljeti za zimske mjesece.

Mjere njemačke vlade otvaraju novu perspektivu njemačkom FN tržištu, za rast i preko potencijala direktne privatne potrošnje od oko 100 gigavata. Ako decentralizirani sustavi pohrane postanu mainstraam, njemačko FN tržište bi moglo porasti i na više od 400 GW instaliranih kapaciteta.

5. Kućne elektrane mogu uništiti velika elektroprivredna poduzeća?

U siječnu ove godine objavjen je izvještaj Disruptive Challenges : Financial Implications and Stategic Responses to a Changing Retail Electric Business (pdf), koji je objavio Edison Electric Institute, asocijacija koja okuplja većinu elektroprivrednih poduzeća u SAD (od kojih su mnoga daleko veća od HEP-a). Izvještaj upozorava da naglo širenje distribuiranih proizvodnih sustava, posebno fotonaponskih, može žestoko potresti poslovne interese elektroprivrednih poduzeća. Izazvao je golem interes i mnogo diskusija, u što se možete uvjeriti ako u google utipkate “Edison Electric Institute solar utilities” (ne kao točna fraza).

Why the U.S. Power Grid’s Days Are Numbered

Novi članak (22. kolovoza 2013.), objavljen na mrežnom sjedištu Businessweek.com (u sastavu poznate savjetničke tvrtke Bloomberg) govori o istoj temi. Model elektroprivrede, koji postoji otkad je Edison izmislio žarulju, osuđen je na isčeznuće, smatra David Crane, generalni direktor NRG Energy, kompanije koja upravlja elektranama snage 47.000 MW (dvanaest puta više od HEP-a). Slično kao što su mobiteli potisnuli korištenje fiksnih telefona, mreža će postajati sve manje važna kako se potrošaći okreću decentraliziranoj. kod kuće proizvedenoj zelenoj energiji. Krovni solari, osobito, pretvaraju desetine tisuća poduzeća i kućanstva u proizvođače elektrike. Neke elektroprivrede će se naći u klopci spiralnog pada k ekonomskoj smrti kako distribuirana proizvodnja bude smanjivala njihove prihode i profit, koji su im tradicionalno bili osigurani na osnovu lokalnog monopola i reguliranih cijena. Neki kupci, naročito na sunčanom Zapadu i skupom Sjeveroistoku SAD, već shvaćaju da uopće ne trebaju elektroprivredna poduzeća. Ona će biti marginalizirana kao što je danas klasična pošta.

Crane smatra da će se to dogoditi vrlo brzo. Drugi smatraju da će se to dogoditi sporije.

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