Czy akumulatory przepływowe mogą wspomóc transformację energetyczną?

Powszechne akumulatory litowo-jonowe nie nadają się do przechowywania przez dłuższy czas energii. A jest to potrzebne do wsparcia rozwoju energii odnawialnej. Akumulatory przepływowe mogą być idealnym uzupełnieniem.

Obfita produkcja energii słonecznej w upalne lato

Gdy fala upałów rozprzestrzenia się po Europie, panele słoneczne na całym kontynencie przekształcają gorące promienie słoneczne w energię elektryczną – szczególnie w celu zaspokojenia gwałtownego zapotrzebowania na klimatyzację. W dniu 15 czerwca energia słoneczna faktycznie zaspokoiła prawie jedną czwartą całego zapotrzebowania na energię na pięciu największych europejskich rynkach energetycznych. To właśnie takie dni, obfite w energię odnawialną, sprawiają, że firmy energetyczne dostrzegają zbyt małą ilość uruchomionych magazynów energii na skalę użytkową. Gdyby takich magazynów energii było więcej, z pewnością zgromadziłyby one całą dodatkową energię odnawialną, która nie może być wykorzystana w chwili wytwarzania. Następnie taka energia czekałaby na odpowiedni moment, w którym stanie się potrzebna. Dzięki temu byłaby gotowa do uwolnienia w bardziej pochmurne dni.

Baterie przepływowe – przyszłość magazynowania energii słonecznej?

Jednym z takich rozwiązań, które ma potencjał zmagazynowania tej całej energii jest bateria przepływowa. Może ona już wkrótce pełnić tę funkcję w Afryce Południowej. Austriacki producent baterii przepływowych CellCube podpisał w zeszłym miesiącu pięcioletnią umowę ramową z Kibo Energy, firmą realizującą projekty z zakresu energii odnawialnej. Celem współpracy jest rozmieszczenie co najmniej 1GW baterii przepływowych redoks z wanadu (VRFB – vanadium redox flow batteries) w 16 krajach Wspólnoty Rozwoju Afryki Południowej.

W istocie akumulatory przepływowe powoli, lecz zdecydowanie wychodzą z cienia akumulatorów litowo-jonowych. Istnieje przypuszczenie, że mogą stać się one bardziej odpowiednim rozwiązaniem w zakresie magazynowania energii na dłuższy czas. Ich wykorzystanie pozwoli na wsparcie i przyspieszenie transformacji energetycznej.

Potrzeba długotrwałego magazynowania energii –  rozwiązania

W związku z gwałtownym wzrostem mocy energii odnawialnej w ostatnich latach, sposób przechowywania energii elektrycznej stał się równie ważnym wyzwaniem, jak jej wytwarzanie. Sieci energetyczne muszą być w stanie dopasować przychodzące dostawy energii elektrycznej do zapotrzebowania w czasie rzeczywistym. W przeciwnym razie doświadczają niedoborów lub przeciążeń.

Operatorzy sieci mogą to osiągnąć na wiele sposobów. Robią to np. poprzez dzielenie się energią w dużych regionach za pomocą linii przesyłowych. Mogą to robić także lokalnie za pomocą sieci dystrybucyjnych, poprzez kontrolowanie popytu (np. poprzez oferowanie zachęt finansowych dla ludzi do ładowania pojazdów elektrycznych w godzinach pozaszczytowych) oraz magazynowanie energii. W tym ostatnim przypadku akumulatory i elektrownie wodne, dokładniej elektrownie szczytowo-pompowe (PHES – pumped hydroelectric energy storage), stały się opcjami wyboru.

Wyzwanie na rynku energetycznym

W miarę jak świat stara się odzwyczaić od paliw kopalnych, rośnie wykorzystanie energii ze źródeł odnawialnych. Obecnie około dwie trzecie mocy wytwórczych energii elektrycznej dodawanych każdego roku pochodzi z wiatru i słońca. Jednak ze względu na zmienność  OZE, niezbędne jest magazynowanie energii. W przypadku sieci z niewielką ilością energii wiatrowej i słonecznej tradycyjne generatory węglowe, gazowe i wodne mogą skutecznie równoważyć podaż i popyt. Ale w miarę wzrostu udziału energii odnawialnej w miksie energetycznym – co ma miejsce na całym świecie – rośnie zapotrzebowanie na magazyny energii.Roczne nowe wdrożenia energii netto na świecie (GW), 2016-2020

Elektrownie szczytowo-pompowe stanowią obecnie ok. 94% całkowitej pojemności zainstalowanych na świecie magazynów energii. Większość pozostałej części stanowią baterie. Ich cena szybko spada i mogą one konkurować z elektrowniami wodnymi w przypadku magazynowania krótkoterminowego (od kilku minut do kilku godzin). Jednak elektrownie szczytowo-pompowe są zwykle znacznie tańsze jako urządzenia do długotrwałego magazynowania energii (przez noc lub kilka dni). Mimo wszystko do zaspokojenia tak szybko rosnącego zapotrzebowania na magazynowanie energii potrzebujemy obu rodzajów magazynów.

Akumulatory, które ładują nasze urządzenia elektroniczne lub samochody, nie nadają się do przechowywania energii na dużą skalę. Nie są w stanie sprostać potrzebie zasilania całych społeczności, kluczowych służb ratowniczych i infrastruktury krytycznej przez dłuższe okresy. Przejście od małych do dużych akumulatorów, które będą zasilać sieć krajową w okresie szczytowego zapotrzebowania, okazało się trudne.

Potencjał wanadowych akumulatorów przepływowych

 

Baterie litowo-jonowe oferują wysoką gęstość mocy w kompaktowych rozmiarach i mają wiele zastosowań, choć pojawiły się obawy: ich potencjał do wywoływania pożarów (…) Jedną z technologii skoncentrowanych na zaspokojeniu dużych potrzeb energetycznych jest redoksowa bateria przepływowa.

Martin Atkins, profesor zielonej chemii, Queen’s University Belfast

Podobnie jak inne baterie, redoksowe ogniwo przepływowe zawiera roztwory elektrolitów oraz dodatni i ujemny ładunek, wokół którego przepływają elektrony, gdy obwód jest podłączony. Jeśli bateria nie ładuje się, elektrolit stopniowo traci swoją zmagazynowaną energię. Bateria przepływowa redoks różni się tym, że aby utrzymać energię, „świeże” elektrolity są stale pompowane do baterii.

Ważną zaletą [tej technologii] jest to, że jest ona relatywnie tania… [są to] zarówno praktyczne, jak i ekonomiczne akumulatory.

Martin Atkins

Konwerter pozostaje tej samej wielkości dla danej gęstości mocy, ale czas trwania zasilania może być przedłużony z czterech godzin do ponad 12 godzin. Pozwala na to zainstalowanie większych plastikowych zbiorników do przechowywania większej ilości elektrolitów. Ładunek elektrolitów może być regenerowany poprzez podłączenie do zasilania elektrycznego w celu odwrócenia procesu rozładowania.

Innymi słowy, gdy podłączone jest zasilanie sieciowe, zbiorniki ładują się; gdy zasilanie sieciowe zanika, zbiorniki rozładowują się jako rezerwowe.

Martin Atkins
Baterie przepływowe
źródło: Wysokie Napięcie, CC BY 4.0

Jakie akumulatory przepływowe są najbardziej popularne?

Istnieje kilka rodzajów akumulatorów przepływowych, ale ze względu na szereg względów środowiskowych i kosztowych, obecnie najbardziej popularne są akumulatory na bazie wanadu.

Jedną z wad w porównaniu z bateriami Li-ion jest gęstość energii.

Rozmiar instalacji jest duży. Chociaż widzę to jako pozytywny aspekt i sposób na zróżnicowanie tych zastosowań poniżej 20MW [małe baterie Li-ion] i większe instalacje baterii przepływowych redoks zapewniające 20MW lub więcej.

Martin Atkins

Najważniejsze zalety baterii przepływowych

Badania przeprowadzone przez grupę Vanitec wykazały, że zalety baterii przepływowych redoks z wanadu obejmują przede wszystkim ich długą żywotność i trwałość. Ponadto istotne są niskie koszty eksploatacji, niepalna konstrukcja oraz niewielki wpływ na środowisko – zarówno podczas produkcji, jak i eksploatacji.

Baterie przepływowe redoks z wanadu mają jednak wyższy koszt kapitałowy niż akumulatory litowo-jonowe. Mogą za to zaoferować niższy koszt posiadania i wyrównany koszt przechowywania energii w całym okresie użytkowania. W badaniu stwierdzono:

[VRFB] mogą zaspokoić potrzeby deweloperów, którzy wymagają magazynowania energii o długim czasie i mogą być eksploatowane przy minimalnej konserwacji przez 20 lat. (…)  Obecnie na rynku istnieje nadmierna zależność od litu, ale jeśli produkcja i wdrażanie VRFB mogą się skalować, może zostać odblokowany ciągły wzrost branży.

Technologia się rozwija

W ramach innowacyjnego podejścia do tradycyjnego akumulatora przepływowego, brytyjska firma Swanbarton opracowuje „organiczny” akumulator przepływowy typu redoks dla projektu BluesStor firmy MSE w Portsmouth w Anglii. System ten będzie oparty na wysokowydajnych organicznych molekułach magazynujących energię. Zastosowany materiał, lignina, może być pozyskiwany jako produkt uboczny z celulozowni – jest niepalny, niewybuchowy i może funkcjonować przez ponad 10 000 cykli ładowania.

Firmy poinformowały, że studium wykonalności wykazało zdolność projektu do zaopatrywania w energię dwóch przyjezdnych statków wycieczkowych w okresach niskiego popytu. Ze względu na stosunkowo niską gęstość każdego ogniwa baterii, w technologii magazynowania można by budować projekty o skali do 50 MW lub 600 megawatogodzin (MWh).

Porównaliśmy uśredniony koszt energii (LCOE) dla tego akumulatora z akumulatorami litowo-jonowymi i wanadowymi przepływowymi redoks przy czterogodzinnym, ośmiogodzinnym i 16-godzinnym czasie trwania. LCOE dla tej ośmiogodzinnej baterii demonstracyjnej będzie odpowiadać baterii litowej, ale LCOE dla baterii 16-godzinnej będzie o 25% tańszy.

Tak powiedział niedawno rzecznik prasowy dla magazynu pv. Następnie zauważył on, że oczekuje się, że technologia przewyższy baterie litowo-jonowe do 2030 r. we wszystkich okresach powyżej czterech godzin:

LCOE tej baterii przewyższy konwencjonalny VRFB we wszystkich okresach.

Szybki wzrost z problemami w fazie początkowej
Popyt na akumulatorowe systemy magazynowania energii będzie w najbliższych latach nabierał rozpędu. Rynek akumulatorów został wyceniony na 55 miliardów dolarów w 2020 roku. Ponadto oczekuje się, że do 2030 roku będzie rósł ze złożoną roczną stopą wzrostu (CAGR) o ponad 13%  – według GlobalData, spółki matki Energy Monitor.

Wielkość globalnego rynku (GW) akumulatorowych magazynów energii, 2017-2026

Według Vanitec branża akumulatorów przepływowych jest również przygotowana na znaczny wzrost równy prawie 33 GWh wdrożeń rocznie do 2030 roku.

Z czego wynikają optymistyczne prognozy?

Istnieje kilka dużych projektów, które świadczą o rosnącym zainteresowaniu bateriami przepływowymi na świecie. Projekt 800 MWh w Chinach realizowany przez Rongke Power/UniEnergy ma zostać uruchomiony w tym roku. Ponadto 200 MWh jest w trakcie realizacji w Południowej Australii przez CellCube. Obecnie największą na świecie instalacją baterii przepływowych redoks z wanadu jest system 15MW/60MWh uruchomiony kilka lat temu w północnej Japonii przez producenta Sumitomo Electric.

Oczekuje się, że przychody z wdrożeń projektów VRFB będą warte około 850 mln USD w tym roku i mają wzrosnąć do 7,76 mld USD do 2031 roku – co oznacza CAGR 41% na rynku w tej dekadzie.

Vanitec prognozuje następująco:

  • W ujęciu regionalnym, Azja i Pacyfik są liderami w zakresie instalacji, a Europa Zachodnia i Ameryka Północna to kolejne czołowe regiony świata.
  • Przewiduje się, że instalacje w regionie Azji i Pacyfiku osiągną 14,5 GWh rocznie, Europa Zachodnia osiągnie 9,3 GWh, a Ameryka Północna 5,8 GWh.

Branża nie jest jednak pozbawiona wyzwań. Dyrektor generalny CellCube, Alexander Schoenfeldt, powiedział niedawno portalowi Energy-Storage.news, że łańcuch dostaw wanadowych baterii przepływowych musi się gwałtownie skalować, aby osiągnąć poziom produkcji gigafactory:

W przypadku dzisiejszej sprzedaży patrzymy raczej na biznes mikrosieci, a nie na wielkoskalowy front-of-meter, ponieważ łańcuch dostaw nie wzrósł jeszcze w przypadku baterii wanadowych.

Alexander Schoenfeldt, dyrektor generalny CellCube

Największą niewiadomą i wyzwaniem jest to, w jaki sposób skłonimy naszych dostawców do zwiększenia mocy produkcyjnych i zainwestowania w większe maszyny i większe narzędzia, aby przejść od 30 MW rocznie do 300 MW, a następnie 3GW rocznie.

Alexander Schoenfeldt, dyrektor generalny CellCube

Źródła:

Can flow batteries supercharge the energy transition?, Energy Monitor

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Proszę wpisać swój komentarz!
Proszę podać swoje imię tutaj

Najnowsze

PARTNER STRATEGICZNY PORTALU

PARTNERZY PORTALU

Kategorie

BĄDŹMY W KONTAKCIE