Největší baterií na světě se dnes chlubí (a to doslova) firma Tesla Elona Muska, která v Jižní Austrálii postavila úložiště s celkovou kapacitou 129 MWh a maximálním výkonem 100 MW. V brzké době chce Muska trumfnout britský miliardář Sandjeev Gupta, který chce na stejném místě postavit o něco málo větší baterii s výkonem 120 MW a kapacitou 140 MWh (podrobnější informace jsme přinesli v TT 6). V Jižní Koreji se pak chystá ještě větší zařízení s maximálním výkonem 150 MW. A tu by měla brzy překonat 200MW baterie v Kalifornii… Ale ani jedna z nich si zřejmě svého prvenství dlouho neužije. Snad už během letošního roku by měla vstoupit do provozu baterie, se kterou žádná z nich nesnese srovnání. V čínském Ta-lienu by totiž mělo začít fungovat obří zařízení s maximálním výkonem 200 MW a celkovou kapacitou 800 MWh. Podrobnosti nejsou v tuto chvíli zřejmé, Čína je podstatně méně otevřené prostředí, ale na místě už byli zahraniční návštěvníci a je zcela jasné, že stavba probíhá a pokračuje. Tak trochu jiná I z našeho extrémně kusého přehledu vám asi bylo nápadné, proč se parametry čínské baterie, konkrétně její kapacita, která je téměř o řád vyšší, tak zcela zásadně liší od jejích konkurentů na našem pomyslném žebříčku (jehož hodnota je samozřejmě především marketingová). Důvod je v tomto případě technologický. Všechny zmíněné instalace používají technologii lithiových článků s tekutým elektrolytem, které jsou s přimhouřenýma očima pouze zvětšenou verzí baterií, jež známe z našich mobilních telefonů či počítačů. V Ta- lienu ovšem vzniká baterie – a spolu s ní i výrobní závod – využívající dosti odlišné technologie tzv. průtokových baterií. Ty jsou pro použití třeba právě v elektronice či jiných mobilních aplikacích zcela nevhodné, ovšem ve velkých stacionárních bateriích by mohly najít svou ideální niku. Průtokové baterie nejsou samozřejmě žádnou horkou technologickou novinkou, známé jsou dlouhou dobu a v celé řada variant. Existují například také zinko-bromidové baterie (Br-ZnBR) či bromid-sodné baterie (PSB, Br/S), ale v Ta-lienu má vyrůst jiný typ: vanadová redoxní baterie (označuje se často zkratkou VRB). Světlo světa spatřila v 80. letech minulého století jako nečekaný potomek výzkumu možných zdrojů energie pro vesmírné sondy. V zásadě jde o typ, který se velmi podobá konvenčním bateriím. Jejím jádrem jsou membránou oddělené uhlíkové elektrody, přes které protéká tekutý elektrolyt umístěný ve dvou velkých nádržích. Elektrolyt je rozdělen na kladný a záporný, každý s vlastním okruhem, které od sebe na elektrodách odděluje iontově výměnná membrána s vhodnými vlastnostmi. Možná ilustrativnější je tedy o baterii mluvit jako o palivovém článku, čtenář by si tak zhruba mohl představit hlavní výhodu vanadových baterií – totiž možnost nezávislého nastavení výkonu a kapacity podle přání a požadavků zadavatele. Kapacitu baterie určuje velikost „nádrže“ na kladný a záporný elektrolyt, který v případě většiny používaných VRB baterií tvoří soli vanadu rozpuštěné ve zředěné kyselině sírové (existují i modernější technologie bez této kyseliny; o tom dále). Výkon baterie naopak zase určuje konstrukce samotného „motoru“, konkrétně řečeno tedy velikost aktivní plochy a počet článků v bateriovém svazku. Pokud je takový systém vhodně zapojen, umožňuje vytváření velkých systémů s prakticky nepřetržitým provozem (údržba jedné části nemusí ovlivnit funkci celého zdroje). Škálovatelnost řešení je velkou výhodou především pro velké stacionární zdroje. Samotný elektrolyt i nádrže, ve kterých se uchovává, jsou poměrně levné, a tak cena za jednotku kapacity – obvykle se udává v dolarech za kWh – s rostoucí kapacitou baterie klesá. Trh s VRB bateriemi je poměrně malý, smlouvy neveřejné, ale podle dostupných informací může cena za kWh s rostoucí kapacitou klesat skutečně poměrně výrazně. U malých systémů se dnes mluví o ceně kolem 500 dolarů/ kWh, u větších zdrojů se ovšem může dostat poměrně snadno pod 300 dolarů/kWh. Chce to místo Pro stacionární použití jsou baterie určeny i z jiných důvodů. Tím hlavním je nízká energetická hustota elektrolytu, řádově v nízkých desítkách kWh na m3 elektrolytu. Výkony se mohou poněkud lišit podle výrobce a technologie (v posledních letech došlo k jistému pokroku), ale v Ta-lienu používaná technologie má obecně řečeno energetickou hustotu zhruba 12 až 15 kWh na m3 elektrolytu. Li-Ion baterie jsou v tomto ohledu téměř o řád lepší (cca 300 kWh/m3), a tak není divu, že v mobilním telefonu vanadovou baterii nikdy neuvidíte. Na druhou stranu, tento typ baterií by měl být extrémně trvanlivý. Baterii nijak nevadí hluboké vybití, a může za svou životnost absolvovat podle výrobců desítky tisíc cyklů, aniž by se její kapacita výrazně změnila. Nejmenší životnost z celého systému má obecně řečeno membrána, a i tu výrobci udávají v hodnotách přesahujících 10 000 cyklů. V principu pak není nemožné membránu vyměnit, i když s tím spojené náklady lze těžko odhadovat; záleží samozřejmě na ceně membrány samotné i konstrukci celé baterie. Navíc materiál samotných membrán se vyvíjí, takže jejich životnost by se do budoucna mohla nadále zvyšovat. Novinky, které se (zatím) nerozšířily Když mluvíme o novinkách, výrobce baterie pro Ta-lien – čínská společnost Rongke Power – pracuje s klasickou technologií vanadových průtokových baterií, která využívá již zmíněného elektrolytu na bázi kyseliny sírové. Jeho nevýhodou je jak poměrně nízký obsah energie, tak například také poměrně nízký rozsah pracovních teplot, který se pohybuje mezi 10–40 °C (v praxi se teplota udržuje samozřejmě ještě v užším rozmezí). To s sebou nese nutnost instalace systému řízení teploty, který zvyšuje spotřebu bateriového systému na provoz (a tedy snižuje celkovou účinnost skladování energie) a také samozřejmě zvyšuje pořizovací náklady. K dispozici jsou ovšem už i modernější technologie, které tento a některé další nešvary systému odstraňují. Většina z nich pochází z projektu americké Pacific Northwest National Laboratory, který se z veřejných peněz uskutečnil v letech 2007–2011. V jeho rámci se podařilo vyvinout a demonstrovat nové složení elektrolytu, které sice stále obsahuje toxické látky – je na bázi chlorných sloučeniny místo kyseliny sírové –, ale vedlo jak ke zvýšení měrné energetické hustoty baterie, tak i rozšíření rozsahu pracovních teplot. Energetická hustota se zvýšila na hodnoty nad 20 kWh na m3, což sice stále baterie omezuje na stacionární použití, ale nese s sebou přirozeně příjemné snížení rozměrů celého systému. Co se pracovních teplot týče, baterie s chlorným elektrolytem údajně mohou pracovat v rozmezí zhruba 0–50 °C, což jistě stále není ideální a vyžaduje zajištění tepelného řízení celého systému, ale znovu jde o krok směrem ke zvýšení praktické využitelnosti VRB systémů. Kde se bude stavět Bude nesmírně zajímavé sledovat, jak se nová technologie bude prosazovat v praxi. Výsledky z projektu Pacific Northwest National Laboratory licencovala několika menším americkým společnostem, v podstatě start-upům, které se od té doby s větším či menším úspěchem pokoušejí prosadit na trhu. Ten je ovšem jinde než v USA, odkud tyto společnosti pocházejí. Jak dokládá projekt v Ta-lienu, největší plány s využitím VRB systémů má v současné době právě Čína. Dodavatel projektu, již zmíněná Rongke Power, chce ve svém výrobním závodu během letošního roku vyrobit vanadové baterie s celkovou kapacitou řádově stovek MWh, ale během několika příštích let by se měla produkce zvýšit řádově na jednotky GWh kapacity ročně. (Což mimochodem znamená, že vanadové baterie pokles ceny spojený s rozběhem masové výroby teprve čeká – a nyní činím představitelným předpoklad, že během několika let by jejich cena mohla poměrně výrazně klesnout o desítky procent, jak se to stalo v případě Li-Ion baterií.) Rongke Power se zatím s americkými subjekty nedohodla na prodeji technologie – a možná proto, že nemusí. Americké firmy s ní nemohou soupeřit přímo cenou; za prvé proto, že žádná z nich nemá tak veliký provoz a tedy srovnatelné úspory z objemu, a za druhé proto, že na dovoz bateriových systémů má Čína uvalené 20% clo. Jedna z „následnických“ společností projektu Pacific Northwest National Laboratory, UniEnergy Technologies (spoluzakládali ji i někteří členové výzkumného týmu), alespoň ve spolupráci s Rongke Power dodává do Číny malé průtokové baterie pro vysílací věže mobilních sítí, ale to je trh, který do budoucna nebude růst zřejmě tak velikým tempem jako velkokapacitní úložiště pro energetické potřeby. V jeho případě je prostor k růstu v příštích desetiletích zřejmě skutečně ohromný. Cena obnovitelných zdrojů energie stále klesá, samozřejmě především v oblastech s vhodnými klimatickými podmínkami (dostatkem větru a především slunečního svitu). Ale také třeba právě v Číně, která se bude nepochybně ještě dlouhou dobu potýkat s výrazně sníženou kvalitou ovzduší, již má na svědomí do značné míry i spoléhání na uhelné zdroje. Tlak na budování obnovitelných zdrojů přitom naráží jak na potíže s budováním síťové infrastruktury, tak i na nespolehlivost dodávek z OZE. Právě v provincii Ta-lien se v loňském roce 15 % větrnými elektrárnami vyprodukované elektřiny nemohlo v danou chvíli využít. Podle plánu rozvoje energetické infrastruktury pro 13. pětiletku by v roce 2020 měla být čínská síť připravena integrovat zhruba 300 GW instalovaného výkonu v obnovitelných zdrojích. Odbytiště pro velkokapacitní síťová úložiště by tedy mělo být připravené. A až budou potřeby domácí energetiky víceméně pokryty, čínští výrobci by mohli snadno nabízet své produkty na jiných trzích – stejně jako to bylo v případě fotovoltaických panelů.
