Skladištenje energije je problem za čijim se rješenjem traga odvajkada. Naučnici koji se bave proučavanjem rada elektroenergetskih sistema, nerijetko naglašavaju da je skladištenje energije preduslov za stvaranje idealnog elektroenergetskog sektora. Međutim, sa razvojem alternativnih načina za proizvodnju električne energije, upravljanje sistemom postaje veći izazov.
Potrošnja energije
Savremeni sistemi rade jednovremeno, što znači da se električna energija koja se troši u jednom sistemu u datom momentu moraproizvoditi u tom istom trenutku, upravo zbog nemogućnosti skladištenja električne energije. Električna energija se mora proizvoditi upravo u onom trenutku kada je konzum zahtijeva, odnosno kada domaćinstva, industrija, javni potrošači i ostali priključe svoje uređaje na napon i započnu potročnju električne energije. To je uslovilo mnoge službe da unaprijed prognoziraju potrošnju električne energije i da u skladu sa promjenama koje se očekuju u potrošnji upravljaju elektranama u narednom danu. Iz tog razloga angažovane su specijalne vršne elektrane, sposobne da brzo mijenjaju svoju snagu u cilju popunjavanja dijagrama potrošnje kako ne bi dolazilo do prekida u snadbjevanju potrošača električnom energijom. Navedeni način rada je ustaljen, međutim, problematika skladištenja energije dobila je na važnosti uplivom alternativnih i obnovljivih izvora koji zavise od sunca i vjetra i koji, zbog svoje stohastičke prirode, ne omogućavaju kontinuitet u proizvodnji električne energije.
Kao rješenje problema skladištenja energije nametnuli su se „storage“ sistemi, odnosno baterije. Svjedoci smo da su ovi sistemi kontinuirano u upotrebi, od najsistnijih uređaja koje koristimo svakodnevno do veoma velikih zaštitnih UPS uređaja, baterija za napajanje električnih automobila i slično. Problem njihove masovne upotrebe je visoka cijena, koja je prije desetak godina iznosila i više od 1000EUR po jednom kWh, što ih je činilo potpuno neisplativim za širu eksploataciju i primjenu. Međutim, porast proizvodnje električnih automobila i povećana potreba za adekvatnim baterijama koje ih pokreću, u velikoj je mjeri oborilo njihovu cijenu, pa je ona u 2019. godini iznosila oko 150EUR po kWh, što je pad od gotovo 90%. Na isti način, očekuje se da će pristupačnost sistema za skladištenje energije ubrzati proces zelene energetske transformacije.
Primjena baterija
Sistemi za skladištenje energije imaju izuzetno široku primjenu, gdje se ističu sljedeći vidovi upotrebe:
Električni automobili – ekološke odredbe sa ciljem promovisanja elektromobilnosti i smanjenja upotrebe fosilnih goriva uslovile su konstantan porast potražnje i proizvodnje električnih vozila i simultano, baterijskih sistema koji su u njima našli svoju primjenu.
Regulacija frekvencije – održavanje frekvencije na 50Hz od izuzetne je važnosti kako bi se osigurala stabilnost sistema i neutralisala opasnost od ispada. Implementacija baterijskog skladišta energije koje može reagovati na brze i nagle promjene izlazne snage proizvodnih jedinica ili povećanu potražnju sistema efikasno rješava ovaj problem.
Regulacija napona – ovaj parametar pokazuje kvalitet električne energije koja se prodaje kupcima. Napon koji nije u granicama propisanog kvaliteta može dovesti do oštećenja ili pregorijevanja mnogih uređaja, kao i njihovog nepravilnog rada. Baterije mogu da konzumiraju ili predaju mreži reaktivnu snagu i na taj način regulišu problem.
Time-of use – ovo je princip koji se zasniva na tome da se baterije pune po nižoj tarifi, a da se prazne po višoj, predajući energiju mreži i na taj način ostvaruju profit koji se zasniva na razlici u cijeni između niže i više tarife. Princip se može primjenjivati i u domaćinstvima tako što će se električna energija iz baterija korisititi tokom dana, a tokom noći bi se baterijsko skladište punilo za potrebe narednog dana.
Regulisanje maksigrafa – u slučaju postojanja potrebe za velikom snagom, sve iznad pravilnikom propisane maksimalne snage može se nadomjestiti iz baterije, u cilju smanjenja troškova koji postoje usljed penala za prekoračenje.
Neprekidni izvor napajanja – u slučaju prekida napajanja iz mreže baterije mogu da preuzmu funkciju izvora električne energije i da obezbijede nesmetano funkcionisanje uređaja.
Tehnologija skladištenja
Da bi smo nesmetano koristili obnovljivu energiju (u odsustvu sunčevih zraka, vjetra) potrebno je pronaći efikasnu tehnologiju za skladištenje. Elektrohemijski uređaji, u prvom redu Litijum-jonske baterije, predstavljaju trenutno najbolje rješenje kada je u pitanju skladištenje velike količine obnovljive energije. Osim litijum-jonskih, na tržištu postoje i natrijum-sumporne, olovne, cink-ugljenične baterije i druge. Sa udjelom od preko 80 odsto zastupljene su upravo Litijum-jonske baterije, koje su prepoznate kao najefikasnije.
Ipak, korišćenje Litijum-jonskih baterija sa sobom nosi brojne izazove zbog čega naučnici širom svijeta rade na njihovom daljem unaprjeđenju, kao i na razvoju baterija koje su bazirane na alternativnim materijalima koji su dostupniji, bezbedniji za upotrebu i imaju manji uticaj na životnu sredinu
Masovnu primjenu ovih baterija u automobilima i stacionarnim postrojenjima (gde bi bile integrisane sa fotonaponskim panelima), otežavaju problemi vezani za bezbjednost koji potiču kako od katodnog materijala (prisustvo litijuma i kobalta), tako i od elektrolita (zapaljivi i skupi organski elektrolit koji sadrži litijum). Stoga su istraživanja i tehnologija usmjereni ka razvoju ekonomičnijih i bezbednijih komponenti Litijum-jonske baterije, koja bi omogućila i veću količinu skladištene električne energije.
Proizvodnja baterije u regionu
Razvojem tehnologije i proizvodnjom Litijum-jonskih (Li-ion) baterija u regionu bavi se kompanija “Rens” d.o.o. – Renewable Energy Solutions, sa sjedištem u Splitu, u Hrvatskoj.
Sistem je dizajniran kao ready-to-use rješenje koje se može instalirati u sklopu novih jedinica ili prilagoditi već postojećima.
Modularnost se postiže rasporedom serijski spojenih baterijskih modula u nizove pa je sistem potpuno prilagodljiv po pitanju izlazne snage i naponskog nivoa.
Praćenje stanja zdravlja baterija osnovna je funkcija sistema za upravljanje baterijama (BMS). BMS takođe tokom rada komunicira s nadzornim sistemom upravljanja koji optimizuje korištenje baterija i pomaže u predviđanju eventualnih kvarova.
Očekuje se da će sve napredniji sistemi za skladištenje energije dovesti do potpune elektrifikacije transporta i povećanja udjela obnovljivih izvora u proizvodnji električne energije. Postoji bojazan da bi u bliskoj budućnosti time bili iscrpljeni resursi litijuma (čija je procentualna zastupljenoj u Zemljinoj kori vrlo mala), dok je reciklaža komponenti Litijum-jonske baterije za sada dugotrajan i neisplativ proces.
Zbog toga je razvoj na polju dostupnijih i bezbjednijih alternativnih baterija (baziranih na elementima zastupljenim u prirodi, poput natrijuma, magnezijuma, aluminijuma, kalcijuma i cinka) neophodan, sa ciljem uštede litijuma od upotrebe u manje energetski zahtjevnim uređajima i stvaranja alternative za skladištenje električne energije proizvedene pomoću obnovljivih izvora.
Problem reciklaže
Već sada male litijum-jonske baterije omogućavaju rad niza uređaja, od pametnih telefona do električnih četkica za zube, pri čemu se pravi rudnici vrijednih metala i minerala.
Gotovo sve te baterije završavaju na otpadu ili leže neiskorišćene u starim uređajima. Problem će postati još izraženiji kada korišćenje električnih automobila postane masovnije.
Baterije električnih automobila znatno su veće, traju od osam do 10 godina, a do 2025. činiće 90% tržišta litijum-jonskih baterija. Procjene govore da će to povećati potražnju za litijumom četiri puta, a za kobaltom više od dva puta.
Adžej Kohar, suosnivač i izvršni direktor kanadskog startupa LiCycle, procjenjuje da će do 2030. globalno biti potrebno reciklirati 11 miliona tona litijum-jonskih baterija. Da bi takva firma bila profitabilna, mora reciklirati gotovo sav materijal koji se nalazi u baterijama. Kohar tvrdi da je moguće izvući do 90% materijala, uključujući litijum, kobalt, bakar i grafit. Problem predstavlja to što za sad ne postoji standardizovani postupak njihovog recikliranja.
– Svako koristi svoj vlastiti metod – ističe Linda Gejns, analitičarka američkog Centra za istraživanja saobraćaja. O činjenici da postupak nije jednostavan svjedoči i primjer belgijske firme Umicore, jednog od pionira recikliranja litijum-jonskih baterija.
Umicore radi na pilot projektu recikliranja baterija iz električnih automobila, u cilju pripreme za značajne količine takvih baterija koje se očekuju u budućnosti. Ipak, u američkoj firmi OnTo Technology optimistički gledaju na ono šti slijedi.
– Do 2025. to će sigurno biti snažna industrija. Važno je naučiti kako unaprijediti postupak reciklaže i te materijale vratiti nazad u proizvodnju.
Reference:
DW, RENS, DANAS.RS, EKAPIJA.RS
Priredio: M.J.
