Trvalo to o několik let déle, než autoři projektu původně slibovali, nakonec se to ovšem přece jen povedlo. V Číně, konkrétně ve městě Ta-lien, byl 29. září připojen k síti největší „nelithiový“ akumulátor světa. Systém byl postaven a integrován společností Rongke Power ve spolupráci s dalšími společnostmi a také s čínskou Akademií věd. Úložiště s maximálním výkonem 100 MW a celkovou kapacitou 400 MWh je založen na technologii vanadového průtočného akumulátoru. Elektrická energie se v něm skladuje v kapalném elektrolytu, jehož nejdůležitější složkou je právě kov vanad. Vzhledem k tomu, že průměrná denní spotřeby elektřiny v Číně, která činí 2 kWh na obyvatele, může úložiště teoreticky pokrýt denní poptávku po elektřině 200 tisíc obyvatel. Jejím hlavním úkolem ovšem bude především vyrovnávání špiček ve spotřebě, a tím snižování ceny a zvyšování spolehlivosti dodávek elektřiny v regionu. Baterie je složena z pěti menších celků, každý o výkonu 20 MW a s kapacitou 80 MWh. Jde o první fázi stavby. Ve finální podobě by úložiště mělo mít parametry dvojnásobné. Ve výsledku se tedy bude skládat z 10 jednotek a dosáhne tak celkové kapacity 800 MWh. Špičkový výsledný výkon 200 MW pak bude schopna dodávat po celé čtyři hodiny. Projekt vanadové baterie Ta-lienu byl schválen čínským Národním úřadem pro energetiku v dubnu 2016. Původně byly odhady jeho zprovoznění mnohem optimističtější, hovořilo se i o roce 2018 (později 2020 a pak 2021); zjevně tedy nebyl tak bezproblémový, jak jeho tvůrci předpokládali — či alespoň jak veřejně tvrdili. Celková cena projektu má činit 3,8 mi-liardy jüanů, tedy zhruba 13 miliard korun. První fáze výstavby vyšla údajně na polovinu, zhruba 6,5 miliardy korun. V přepočtu to znamená cenu cca 16 milionů Kč za MWh. To je poněkud vyšší cena než ta, za kterou se dnes dodávají velká lithiová úložiště (pásmo cca 300 až 400 dolarů za kWh u velkých úložišť). Průtočné baterie mají ovšem své výhody, navíc jde o první podobně velký projekt tohoto druhu a trh není vůbec konkurenční. V tuto chvíli neexistují jiní dodavatelé, kteří by byli schopni takto velkou zakázku splnit. V případě lithiových baterií už je více na výběr a technologie je mnohem vyzrálejší. Na konci roku 2021 činila podle Bloomberg NEF celková kapacita bateriových úložišť na světě zhruba 56 GWh a maximální výkon 27 GW. Největší lithiová baterie zprovozněná v říjnu 2022 v Kalifornii má maximální výkon 350 MW a kapacitu 1,4 GWh.
Pomalu, ale přece
Průtočné baterie jsme už v Technickém týdeníku představovali. V principu nejde o nic nového. Popsány jsou už delší dobu a existují v řadě variant. Příkladem mohou být zinkobromidové baterie (BrZnBR) či bromidsodné baterie (PSB, Br/S), zřejmě nejslibnějším typem, který má nejblíže k masovému nasazení je vanadová redoxní baterie (označuje se často zkratkou VRB). Průtočná baterie funguje podobně jako jiné chemické akumulátory. Základem jsou dvě elektrody, mezi kterými probíhá výměna nabitých částic. Obě elektrody jsou odděleny membránou, přes kterou se může dostat částice z náboje. Při nabíjení míří opačným směrem než při vybíjení. V případě průtočného akumulátoru se na každé straně membrány (tedy u každé elektrody) nachází vlastní okruh s elektrolytem. Každý se skladuje v jiné nádrži a pak pumpuje kolem elektrod. Kolem záporné a kladné elektrody mohou proudit různé kapalné elektrolyty. Elektrolyty mohou být i chemicky totožné, jsou ovšem vždy oddělené. Z povahy elektrolytu a konstrukce plyne hlavní výhoda vanadových baterií: totiž možnost nezávislého nastavení výkonu a kapacity podle přání a požadavků zadavatele. Kapacitu určuje velikost „nádrže“ na kladný a záporný elektrolyt, který v případě většiny používaných vanadových redoxních článků tvoří soli vanadu rozpuštěné ve zředěné kyselině sírové. 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. Výhodou elektrolytu je jeho složení. Není sice neškodný a musí tak být v okruhu dobře odděleném od okolního prostředí, je však nehořlavý, neodpařuje se a v případě porušení či jiné katastrofy je tedy v podstatě jediným nebezpečím průsak do spodních vod či do okolí. Tomu ale není až tak složité zabránit vhodnou konstrukcí. V případě baterie v Ta-lienu jsou si tvůrci a úřady údajně tak jisti bezpečností systému, že v budovách v areálu úložiště vznikají i velké kancelářské prostory.
Teplé, ale ne moc
Výkon baterie 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). Baterii nijak nevadí hluboké vybití a podle výrobců může za svou životnost absolvovat desítky tisíc cyklů, aniž by se její kapacita výrazně změnila. Nejmenší životnost z celého systému má obecně řečeno membrána, i u té výrobci udávají hodnoty přesahujících 10 tisíc cyklů. V principu pak prakticky není nemožné membránu vyměnit, náklady s tím spojené lze jen těžko odhadovat — záleží samozřejmě na ceně membrány samotné i konstrukci celé baterie. Nevýhodou jsou poměrně malé měrné výkony baterie. Energetická hustota vanadových baterií nesnese přímé srovnání s klasickými lithiovými bateriemi. Společnost Rongke Power, která největší průtočnou baterii světa postavila, pracovala v posledních letech s klasickou technologií vanadových průtočných baterií a dosahuje energetické hustoty cca 12 až 15 kWh na m3 elektrolytu. Lithium-iontové baterie jsou v tomto ohledu téměř o řád lepší, řádově v nízkých stovkách kWh/m3 podle typu a určení. Nevýhodou technologie je jak poměrně nízký obsah energie, tak například také poměrně nízký rozsah pracovních teplot, který se pohybuje mezi 10—40 °C. V důsledku to znamená, že baterie potřebuje poměrně robustní systém řízení teploty. Což zvyšuje spotřebu bateriového systému na provoz, a tím snižuje celkovou účinnost skladování energie. Nutnost poměrně přesné regulace teploty také samozřejmě zvyšuje pořizovací náklady. Odpadní teplo z baterií (vznikající při nabíjení) bude mít ale údajně v Ta-lienu své využití. Má posloužit pro dodatečný ohřev v rámci místního systému dálkového vytápění. Neznáme ovšem přesné specifikace zařízení. Navíc maximální teplota systému (opakujeme, že 40 °C) je pro potřeby dálkového vytápění příliš nízká. Není tedy jasné, jak přesně bude využita a zda bude tento zdroj dávat ekonomický smysl.
Znovu „Made in China“?
Čínský projekt má velký náskok před zbytkem světa. O využití průtočných baterií sice uvažují, nebo na něm už pracují týmy z celého světa. Žádný ovšem ne v takovém měřítku. V Austrálii například vzniká baterie o výkonu 2 MW a kapacitě 8 MWh. Ve Velké Británii funguje zkušební systém s kapacitou 5 MWh. V Německu společnost RWE zkoumá možnost stavby obřích baterií s využitím podzemních komor jako nádrží na elektrolyt. V praxi zatím podobné systémy zkoušela pouze do řádu nižších stovek kilowatthodin kapacity. V tomto kontextu je přitom zajímavé, že technologie, kterou výrobce rekordní čínské baterie používá, má svůj původ ve Spojených státech — a to přímo ve státem dotovaném výzkumu. Licence na využití technologie byla dokonce vázána na to, aby se výsledné články „z velké míry“ vyráběly na půdě Spojených států. Povolení k využití získala původně americká společnost, která ovšem dlouho nemohla najít investora. Nakonec získala čínského partnera, který ovšem výrobu, a nakonec i vývoj přenesl výhradně do Číny. Americké ministerstvo energetiky, jež mělo na dodržování licence dohlížet, si však po několik let této skutečnosti nevšimlo. Zareagovalo a licenci čínské firmě odebralo až ve chvíli, kdy se na držitele licence zeptali reportéři rádia NPR. Podle hlasů z oboru to není nic nezvyklého, úřad prostě má dlouhodobý podstav a nestačí v tomto ohledu plnit své zákonné povinnosti. Licencovaná technologie přitom je poměrně důležitá. Výsledky pocházejí z projektu 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 pro vanadové baterie. Obsahuje zdraví nebezpečné látky, ale „vylepšená receptura“ umožnila jak zvýšení měrné energetické hustoty baterie, tak i rozšíření rozsahu pracovních teplot. V americké laboratoři vyvinutý elektrolyt byl opět založen na solích vanadu rozpuštěných ve směsi kyseliny sírové a nově také kyseliny chlorovodíkové. Směs umožňuje zlepšit rozpustnosti solí vanadu, díky čemuž je možné dosáhnout vyšších energetických hustot (nad 20 kWh na m3). To je pořád příliš málo na to, aby akumulátor posloužil dopravním prostředkům. Ale také u baterie, která bude stát na jednom místě, jsou menší rozměry výhodou. Už proto, že je zapotřebí méně elektrolytu, který také něco stojí. Výhodou je také nižší citlivost na teploty. Baterie s chlorným elektrolytem údajně mohou pracovat v rozmezí zhruba 0—50 °C. To ještě není ideální, baterie stále vyžaduje spolehlivý systém na řízení teploty, ale proti starším typům je to zlepšení. Čínská společnost Rongke Power, která baterii pro Ta-lien vyráběla, by tedy už neměla mít přístup k americké technologii. Není jasné, zda a do jaké míry se to podepíše na jejím postavení současné jedničky (kterou je alespoň podle letošní zprávy o stavu oboru). V Číně se rozběhla totiž nejen výroba, ale také výzkumný program, a to ve spolupráci s tamními výzkumnými ústavy. /jj/
