Autor: Catherine Bischofberger

Preuzeto sa: www.iec.ch

Pred nama je vrijeme brzog rasta industrijskog skladištenja energije, jer se zemlje diljem svijeta prebacuju na obnovljive izvore energije koji postupno zamjenjuju fosilna goriva. Jedna od mogućnosti za skladištenje su baterije odnosno akumulatori.

Jedan od trenutačnih problema s obnovljivim izvorima energije poput vjetroenergetskih sustava ili solarne fotonaponske energije (PV) je taj što imaju višak opskrbe kada sunce sija ili puše vjetar, ali kada sunce zađe ili vjetar utihne dolazi do nestašice električne energije. Način za prevladavanje onoga što stručnjaci nazivaju „intermitentnost” vjetra i sunčeve energije je pohraniti višak energije za kasniju uporabu, kada nam nedostaje energije. 

Za pohranu obnovljive energije koriste se različite tehnologije, a jedna od njih su tzv. reverzibilne hidroelektrane. Na ovaj oblik pohrane energije trenutačno otpada više od 90% globalne visokokapacitetne pohrane energije u svijetu. Električna se energija  koristi za pumpanje vode u spremnike na većoj nadmorskoj visini tijekom razdoblja u kojem je potražnja za energijom niska. Kada je potražnja najveća, voda se preusmjerava kroz turbine postavljene na nižim nadmorskim visinama i ponovno pretvara u električnu energiju. Pumpanje je vode također korisno za kontrolu razine napona i održavanje kvalitete električne energije u mreži. To je isproban i testiran sustav, ali ima svoje nedostatke. Hidroenergetski su projekti veliki i skupi s iznimno visokim kapitalnim troškovima, a i geografski uvjeti su veoma zahtjevni. Treba ih postaviti u planinska područja s obiljem vode. Ako je globalni cilj postizanje nultog stupnja emisije u svijetu, nužno je uspostaviti sustave pohrane energije koji se mogu postaviti gotovo svugdje, i to u velikom broju.

IEC standardi osiguravaju sigurnost i učinkovitost hidroenergetskih projekata. IEC–ov tehnički komitet IEC TC 4 objavljuje niz standarda koji preciziraju zahtjeve za hidraulične turbine i pripadajuću opremu. IEC-ov TC 57 objavljuje osnovne standarde za pametnu mrežu. Jedan od njihovih ključnih standarda, IEC 61850^[1] precizira ulogu hidroenergije i pomaže joj da interoperabilno djeluje s digitaliziranom i automatiziranom električnom mrežom.

Litij-ionske baterije postaju sve bolje

Jedno od očitih rješenja za pohranu energije su baterije. Za sada su najbolja opcija  litij-ionske (Li-ion) baterije. Komunalna poduzeća diljem svijeta povećala su svoje kapacitete za pohranu uz pomoć litij-ionskih baterija velike snage koje mogu pohraniti između 100 do 800 megavata (MW) energije. Postrojenje za pohranu energije u Moss Landingu u Kaliforniji navodno je najveće takvo postrojenje na svijetu, s ukupnim kapacitetom od 750 MW/3 000 MWh.

U posljednjih je nekoliko godina cijena litij-ionskih baterija značajno opala, a sada postoji mogućnost pohrane još većih količina energije. Do napretka u proizvodnji ovih baterija došlo je i zahvaljujući nastojanjima automobilske industrije da napravi manje, jeftinije i snažnije litij-ionske baterije za električne automobile. Napon proizveden u svakoj litij-ionskoj ćeliji iznosi oko 3,6 volti (V). Veći je od napona dobivenog iz standardnih nikl-kadmijevih, nikl-metal hidridnih i čak standardnih alkalnih ćelija koje iznose oko 1,5 V i olovnih akumulatora koji iznose oko 2 V po ćeliji, što će zahtijevati manje ćelija za mnoge namjene.

Litij-ionske ćelije standardizirao je IEC-ov tehnički komitet IEC TC 21, koji je objavio seriju standarda IEC 62660^[2] o sekundarnim litij-ionskim ćelijama za pogon električnih vozila (EV-a). TC 21 također objavljuje standarde za sustave pohrane obnovljive energije. Prvi takav standard, IEC 61427-1^[3], daje opće zahtjeve i metode ispitivanja za primjenu fotonaponskih elemenata kada nisu priključeni na mrežu i električnu energiju koja se generira iz PV modula. Drugi, IEC 61427-2^[4], radi isto, ali se odnosi na primjenu na mreži, gdje ulazna energija dolazi iz velikih vjetroelektrana i solarnih parkova. „Standardi su usredotočeni na pravilnu karakterizaciju performansi baterije, bilo da se ona koristi za napajanje hladnjaka za čuvanje cjepiva u tropskim uvjetima ili za sprječavanje nestanka struje u elektroenergetskim mrežama na nacionalnoj razini. Ti su standardi uglavnom neutralni i fleksibilni glede kemijskog sastava baterija. Omogućuju stručnjacima zaduženim za planiranje i upravljanje javnim komunalnim ili energetskim poduzećima ili krajnjim korisnicima usporedbu sličnih baterija, čak i kada im je kemijska struktura različita”, kaže stručnjak iz Tehničkog komiteta TC 21 Herbert Giess.

IEC-ov tehnički komitet IEC TC 120 osnovan je s ciljem objavljivanja standarda u području sustava pohrane električne energije (Electrical Energy Storage ‒ EES) integriranih u mrežu kako bi podržao njene zahtjeve. EES sustav je integrirani sustav s komponentama, koje mogu biti baterije koje su već standardizirane. TC 120 radi na novom standardu, IEC 62933-5-4, koji će dati metode i procedure ispitivanja sigurnosti za EES sustave utemeljene na litij-ionskim baterijama.

IECEE (IEC-ov Sustav shema za ocjenjivanje sukladnosti elektrotehničke opreme i komponenata) jedan je od četiri sustava za ocjenjivanje sukladnosti koje provodi IEC, a kojim se ispituje sigurnost, interoperabilnost performansi komponenata, energetska učinkovitost, elektromagnetska kompatibilnost (EMC) i opasne tvari u baterijama. 

Međutim, primjeri nedostataka korištenja litij-ionskih baterija za pohranu energije su brojni i prilično dobro dokumentirani. Performanse litij-ionskih ćelija se tijekom vremena smanjuju, što ograničava njihovu sposobnost pohrane. Također su se pojavili problemi i zabrinutosti oko recikliranja baterija, kada one više ne mogu ispuniti svoju sposobnost pohrane, kao i oko potrebnih izvora litija i kobalta i to posebice kobalta, jer se on često ilegalno iskopava, u što su uključena i djeca. Jedan od najvažnijih proizvođača kobalta je Demokratska Republika Kongo. Kroz svoje projekte IEC-ov Global Impact Fund prihvatio je ovaj izazovni zadatak vezan za pohranu energije. Recikliranje litij-ionskih baterija jedan je od aspekata koji oni trenutačno razmatraju.

Na kraju treba napomenuti da su litij-ionske baterije zapaljive i da je od 2017. do 2019. godine značajan broj postrojenja za pohranu energije s ovom vrstom baterija izgorio u Južnoj Koreji. Iako su uzroci utvrđeni, točnije u pitanju su bile loše prakse u radu tih postrojenja, postojao je i nedostatak svijesti o rizicima povezanim s litij-ionskim baterijama, uključujući i toplinski bijeg.

IEC-ov TC 120 nedavno je objavio novi standard koji razmatra kako baterijski sustavi za pohranu energije mogu koristiti reciklirane baterije. Standard IEC 62933-4-4 ima za cilj „preispitati kakav utjecaj na okoliš može imati ponovna uporaba baterija i  definirati odgovarajuće zahtjeve”.

Nova tehnologija za izradu baterija

Također se pojavljuju i druge tehnologije za izradu baterija, uključujući čvrste baterije ili SSB (Solid State Batteries). Prema konzultantskoj tvrtki IDTechEx, ove tehnologije postaju predvodnici u utrci za revolucionarnim baterijskim tehnologijama sljedeće generacije. U čvrstim  baterijama zapaljivi tekući elektrolit zamjenjuje se čvrstim elektrolitom (Solid State Electrolyte ‒ SSE), što samo po sebi nudi određene prednosti glede sigurnosti. SSE također otvara vrata za korištenje različitih katodnih i anodnih materijala, čime se proširuju mogućnosti za izradu baterija. Iako se neki SSB-ovi temelje na litij-ionskim kemijskim procesima, to naravno nije slučaj sa svima. Problem je što su pravi SSB-ovi, bez ikakve tekućine, još uvijek veoma daleko od plasiranja na tržište, iako izgledaju kao alternativa koja dosta obećava.

Prema IDTechEx-u, „usvajanje SSB tehnologije suočava se s izazovima kao što su visoki kapitalni troškovi, usporedivi operativni troškovi i premijska cijena. Da bi došlo do javnog prihvaćanja ove tehnologije moraju se prezentirati jasne vrijednosti. Tržište može prihvatiti čvrste baterije, čak i ako sadrže male količine tekućine ili polimernog gela, sve dok one obavljaju željene funkcije. Hibridne polučvrste baterije mogu biti prijelazno rješenje koje nudi poboljšane performanse. U kratkom bi roku   uporaba hibridnih SSB-ova, koji sadrže malu količinu gela ili tekućine, mogla postati uobičajena praksa”.

U tijeku je utrka za sljedeću generaciju baterija. Iako još uvijek ne postoje standardi za ovu novu vrstu baterija, očekuje se da će se oni pojaviti kada to tržište bude  zahtijevalo.