30 lat na baterii?

30 lat na baterii?

Badania nad magazynowaniem energii skupiają się głównie nad wzrostem żywotności. Ilość cykli wprost przekłada się na koszt magazynowania. W sprzedaży są dostępne akumulatory o trwałości przekraczającej 20-30 lat. Ich rolą będzie bilansowanie zapotrzebowania na prąd i zmiennej produkcji odnawialnych źródeł energii. Które baterie już mają takie osiągi?

Cena hurtowa pakietu bateryjnego do samochodu elektrycznego to już tylko nieco ponad 100$/kWh. Koszty stacjonarnych magazynów energii też spadają – Polska Izba Magazynowania Energii – PIME szacuje, że instalacja 1 MW/4 MWh kosztuje razem z gruntem i przyłączem 8-12 mln zł. Według raportu przygotowanego przez Politechnikę Warszawską, do 2030 roku cena przechowania 1 MWh może spaść poniżej 150 $/MWh, uwzględniając zużycie energii przez magazyn. To jednak zależy przede wszystkim od długowieczności instalacji. Postęp w tym zakresie oraz wzrastająca liczba strumieni przychodów dla magazynów energii może sprawić, że opłacalność przyjdzie jeszcze szybciej.

Zielone finansowanie

- Inwestycje w zielone technologie mogą liczyć na dobre warunki finansowania w wielu bankach – mówi Krzysztof Kochanowski, wiceprezes PIME. – Sektor finansowy wie, że transformacja energetyczna jest priorytetem, a przy obecnych bardzo niskich stopach procentowych tym bardziej opłaca się inwestować długoterminowo, czyli w trwałe innowacyjne technologie infrastrukturalne. Magazynowanie energii bardzo dobrze się wpisuje zarówno w politykę klimatyczną Unii Europejskiej, jak i w Cele Zrównoważonego Rozwoju ONZ. W zachodniej Europie, Azji i USA ten rynek jest już rozwinięty, ale w Polsce też jest wiele firm, które zdecydowały się budować magazyny energii – dodaje. Firmy zrzeszone w PIME planują w ciągu najbliższych 3 lat inwestycje w stacjonarne magazyny energii na poziomie 300 MW. Według naszych danych w skali kraju do 2035 roku, jeżeli ten sektor będzie rozwijał się komercyjnie bez barier regulacyjnych, powinniśmy mieć prawie 2 GW mocy zainstalowanej w magazynach energii – dodaje.

Baterie bez kobaltu

Plany dotyczące rozwoju magazynów są bardzo duże. Polityka Energetyczna Polski zakłada w 2030 roku 2150 MW w innych niż elektrownie szczytowo-pompowe magazynach prądu. Z kolei PGE zakłada w nowej strategii, że do tego czas będzie już miało 800 MW takich mocy. Lwią część rynku prawdopodobnie przejmą baterie litowo-jonowe. Pod tą nazwą kryje się cały zespół technologii  wykorzystujących najlżejszy z metali. Najstarsze komercyjne akumulatory tego typu pojawiły się zaledwie 30 lat temu. Wciąż trwa ich rozwój. Baterie pierwszych laptopów i smartfonów zużywały się już po kilkuset cyklach. Teraz standardem jest 1000 cykli, ale wielu producentów (np. Tesla) gwarantuje możliwość ładowania i rozładowania nawet 5000 razy – to tak jakby rozładowywać je codziennie przez 14 lat. Innowacje dotyczą przede wszystkim materiału anody i katody. Elektroda ujemna jest zrobiona z węgla, zaś dodatnia może być wykonana z różnych materiałów zdolnych do wchłaniania litu. W użyciu są m.in. związku kobaltu (drogiego i wydobywanego głównie w pogrążonej w wojnie domowej Demokratycznej Republice Konga), stosowanego samodzielnie lub we współpracy z niklem, manganem lub aluminium. Zwiększenie proporcji niklu względem kobaltu pozwala zwiększyć pojemność (i obniżyć cenę), ale utrudnia zapanowanie nad stabilnością termiczną baterii. Na popularności zyskują baterie LFP (litowo-żelazowo-fosforanowe), stabilne i w ogóle nie zawierające kobaltu, ale charakteryzujące się nieco niższym napięciem i pojemnością. W Chinach jest to już w tej chwili dominująca technologia – zarówno w przypadku pojazdów elektrycznych, jak i sieciowych magazynów prądu.

Przeczytaj również: Ruszyły inwestycje w polskie magazyny energii

Baterie do stacjonarnych magazynów energii dobiera się biorąc pod uwagę wiele kryteriów. – W przypadku magazynowania na kilka godzin, najczęściej stosuje się akumulatory LFP – mówi Krzysztof Kochanowski. – Przemawia za nimi zarówno trwałość i duża liczba cykli ładowania i rozładowania oraz są najbezpieczniejsze spośród głównych typów akumulatorów litowo-jonowych a przede wszystkim są tańsze. Rewolucja w magazynowaniu energii umożliwia prosumentom (zarówno małym, jak i dużym) wzięcie sprawy w swoje ręce i samodzielne bilansowanie energii lub wymianę jej z sąsiadami albo za pośrednictwem wyspecjalizowanych agregatorów – dodaje Kochanowski.

Samochód elektryczny za 15 700 zł

Cena domowych magazynów energii spadła w Niemczech o 20% w ciągu ostatnich 3 lat i wynosi już tylko 699 €/kWh razem z montażem. Rosnąca liczba producentów korzysta z ogniw LFP, choć np. Tesla trzyma się niklu, kobaltu i manganu. W transporcie też nasila się rywalizacja pomiędzy LFP a pozostałymi związkami litu. Najtańszy samochód elektryczny na świecie, Lingbao Coco, korzysta właśnie z ogniw litowo-żelazowo-fosforanowych. Za jedyne 15 700 zł Chińczyk może dostać elektryczne auto wielkości Matiza, które osiąga 100 km/h, ma 41 koni i zasięg 120 kilometrów. W autobusach LFP mają mocną konkurencję ze strony ogniw litowo-tytanowych (LTO), które są co prawda znacznie mniej pojemne, ale można je niezwykle szybko naładować – nawet w ciągu 10 minut. Deklarowana żywotność to ok. 20 000 cykli. Przy ładowaniu 5 razy dziennie daje to 11 lat eksploatacji.

Japońska technologia

Nie każdy magazyn prądu zależy od litu. Największe instalacje zbudowane w Japonii wykorzystują ogniwa sodowo-siarkowe. Ich unikalną cechą jest odwrócenie roli pomiędzy elektrodami a elektrolitem. Zarówno w anodzie, jak i w katodzie mamy płynny materiał (odpowiednio roztopiony sód i siarka). Z kolei elektrolit jest stały i nieprzepuszczalny dla elektronów. Bateria wymaga do pracy wysokiej temperatury (300-350°C), więc jest polecana do pracy w stacjonarnych magazynach energii. Największa instalacja powstała w Japonii w 2016 roku i osiągnęła 300 MWh pojemności przy mocy 50 MW. Niewątpliwą zaletą tej technologii jest wykorzystanie tanich i powszechnie dostępnych pierwiastków. Wciąż wysoka cena związana jest z wysoką temperaturą pracy, korozyjnością i łatwopalnością ciekłego sodu i siarki, co wymusza m.in. stosowanie odpowiednio chronionej stali zamiast taniego plastiku. Żywotność jest szacowana na 4500 cykli, czyli kilka razy więcej niż baterie w naszych telefonach.

Płynna moc

Praktycznie nielimitowaną żywotność mają baterie przepływowe, które wykorzystują dwa obiegi płynnego elektrolitu rozdzielone membraną przepuszczającą elektrony. Ich pojemność zależy tylko od pojemności zbiorników, a jedyne zużywające się elementy to membrana i pompy. Firma VRB Energy, która stawia tego typu magazyny w Chinach, chwali się żywotnością sięgającą 25 lat i 25 tysięcy cykli. Największym kosztem są zbiorniki płynnego elektrolitu wanadowego, który po zakończeniu eksploatacji może być w łatwy sposób odzyskany. W marcu firma poinformowała o podpisaniu porozumienia na rzecz budowy baterii o mocy 100 MW i pojemności 500 MWh. Przepływowe magazyny prądu są również przedmiotem zainteresowania Unii Europejskiej. W programach badawczych finansowanych przez Horizon 2020 w ramach European Battery Alliance aż 6 projektów ze wszystkich 64 dotyczy tylko urządzeń tego typu.

Przeczytaj również: Czy magazyn ciepła jest magazynem prądu?

Najbardziej trwałymi magazynami energii są elektrownie szczytowo-pompowe. Najstarsze z nich mają już ponad 50 lat, a dzięki bieżącej konserwacji i pracom remontowym będą nam zapewne służyły jeszcze przez co najmniej kilkadziesiąt lat. Wcale nie wykluczona jest budowa nowych – dogodne lokalizacje występują zarówno na północy jak i na południu kraju, dodatkowo likwidacja kopalni węgla stwarza możliwość magazynowania prądu na ich terenie.  Ostatnio za budową magazynów energii w kopalniach opowiedział się … Jarosław Grzesik z Krajowego Sekretariatu Górnictwa i Energetyki NSZZ „Solidarność”. Budowa elektrowni szczytowo-pompowych jest też możliwa na terenach po kopalniach odkrywkowych – np. w miejscu Kopalni Węgla Brunatnego Turów i Bełchatów.

Na pytanie portalu WysokieNapiecie.pl o planowane elektrownie szczytowo-pompowe w wyrobiskach i zwałowiskach tych kopalni, biuro prasowe PGE poinformowało, że "PGE GiEK rozważa różne warianty zagospodarowania wyrobisk i zwałowisk. Między innymi również brane jest pod uwagę wykorzystanie tych terenów pod taką budowę. Na obecnym etapie nie było prowadzonych szczegółowych analiz w tym zakresie. Ich wykonanie wymaga zgromadzenia dużej ilości danych wsadowych, w tym określenia docelowego planu rekultywacji terenów pogórnicznych". Dodało jednocześnie, że "z technicznego punktu widzenia jest to możliwe. Jednak ze względu na specyfikę każdej lokalizacji wymaga to każdorazowo wykonania Studium Wykonalności". Czy będzie ono prowadzone? To będzie zależało głównie od tego czy PGE będzie widziała szanse na dofinansowanie budowy takich projektów.

Sens takiej inwestycji na terenie likwidowanej w nieodległej perspektywie KWB Turów, wraz z konkretnymi wyliczeniami, przedstawiła w ubiegłorocznym raporcie o transformacji Turowa Krajowa Izba Klastrów Energii.

Kamień filozoficzny energetyki

Bardzo możliwe, że w wyścigu o najbardziej trwałą baterię będzie wielu zwycięzców – wiele typów ogniw osiągnęło trwałość pozwalającą na kilkanaście i więcej lat pracy. Można je traktować jak dojrzałą technologię, konkurencyjną względem innych źródeł mocy szczytowej. Wydaje się, że przynajmniej w przypadku pojazdów elektrycznych, niezastąpione będą baterie na bazie litu. Dla dużych magazynów możliwości jest znacznie więcej. Badania prowadzone są cały czas, więc niebawem możemy usłyszeć jeszcze o niejednej rewolucji.

Przeczytaj również: Magazyn energii dla domowej fotowoltaiki - jak wybrać?

Jeśli bezstratne magazynowanie energii jest „Świętym Graalem” energetyki, to długowieczne baterie można porównać do kamienia filozoficznego. Akumulatory pozwalają zamieniać tanią energię wiatrową i słoneczną w moc dostępną na żądanie. Po wycofaniu paliw kopalnych ta druga będzie cenna jak złoto. Kto pierwszy odkryje drogę do produkcji nieśmiertelnych baterii, ten będzie miał kamień filozoficzny w kieszeni.


Niniejszy artykuł jest kolejnym z cyklu „W poszukiwaniu świętego graala neutralności klimatycznej z WWF Polska”. W ramach cyklu przyjrzymy się obecnie dostępnym i przyszłościowym technologiom magazynowania energii. Spróbujemy odpowiedzieć na pytanie, jak z pomocą magazynów energii możemy przejść transformację do bezemisyjnej gospodarki opartej o odnawialne źródła energii. Pełen raport Politechniki Warszawskiej dla Fundacji WWF jest dostępny pod tym linkiem

Zielone technologie rozwijają

Technologie dostarcza

Zobacz także...

Komentarze

Patronat honorowy

Partnerzy portalu

PGE PSE