Autor: Catherine Bischofberger

Preuzeto sa: www.iec.ch

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

Jedan od aktuelnih problema s obnovljivim izvorima energije poput vjetroenergetskih sistema ili solarne fotonaponske energije (PV) je taj da imaju višak snabdijevanja kada sunce sija ili puše vjetar, ali da kada sunce zađe ili vjetar utihne dolazi do nestašice električne energije. Način da se prevaziđe ono što stručnjaci nazivaju „intermitentnost” vjetra i sunčeve energije je da se kada ima viška energije ona skladišti za kasniju upotrebu, kada imamo manjak energije. 

Za skladištenje obnovljive energije koriste se različite tehnologije, a jedna od njih su tzv. reverzibilne hidroelektrane. Na ovaj oblik skladištenja energije trenutno otpada više od 90% globalnog visokokapacitetnog skladištenja energije u svijetu. Električna energija se koristi da se voda pumpa u rezervoare na većoj nadmorskoj visini u periodu dok je potražnja za energijom niska. Kada je potražnja najveća, voda se preusmjerava kroz turbine postavljene na nižim nadmorskim visinama i ponovo pretvara u električnu energiju. Pumpanje vode je također korisno za kontrolu nivoa napona i održavanje kvaliteta električne energije u mreži. To je isproban i testiran sistem, ali ima i nedostataka. Hidroenergetski projekti su veliki i skupi s izuzetno visokim kapitalnim troškovima, a i geografski uslovi su veoma zahtjevni. Treba ih smjestiti u planinska područja s obiljem vode. Ako je globalni cilj da se u svijetu postigne nulti stepen emisije, neophodno je uspostaviti sisteme skladištenja energije koji se mogu postaviti gotovo svugdje, i to u velikom broju.

IEC standardi osiguravaju bezbjednost i efikasnost 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 digitalizovanom i automatizovanom električnom mrežom.

Litij-ionske baterije postaju sve bolje

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

U posljednjih nekoliko godina cijena litij-ionskih baterija je značajno opala, a sada postoji mogućnost da skladište još veće količine 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 dobijenog iz standardnih nikl-kadmijskih, 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 standardizovao 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 sisteme skladištenja obnovljive energije. Prvi takav standard, IEC 61427-1^[3], daje opšte zahtjeve i metode ispitivanja za primjenu fotonaponskih elemenata kada nisu priključeni na mrežu i električnu energiju koja se generiše iz PV modula. Drugi, IEC 61427-2^[4], radi isto, ali se odnosi na primjenu na mreži, gdje ulazna energija dolazi iz velikih vjetro i solarnih parkova. „Standardi se fokusiraju na pravilnu karakterizaciju performansi baterije, bilo da se ona koristi za napajanje frižidera za čuvanje vakcina u tropskim uslovima ili za sprečavanje nestanka struje u elektroenergetskim mrežama na nacionalnom nivou. Ovi standardi su uglavnom neutralni i fleksibilni u pogledu hemijskog sastava baterija. Omogućavaju stručnjacima zaduženim za planiranje i upravljanje javnim komunalnim ili energetskim preduzećima ili krajnjim korisnicima da porede slične baterije, čak i kada im je hemijska struktura različita”, kaže ekspert iz Tehničkog komiteta TC 21 Herbert Giess.

IEC-ov tehnički komitet IEC TC 120 osnovan je s ciljem da objavljuje standarde u oblasti sistema skladištenja električne energije (Electrical Energy Storage ‒ EES) integrisanih u mrežu kako bi podržao njene zahtjeve. EES sistem je integrisani sistem s komponentama, koje mogu biti baterije koje su već standardizovane. TC 120 radi na novom standardu, IEC 62933-5-4, koji će dati metode i procedure ispitivanja sigurnosti za EES sisteme zasnovane na litij-ionskim baterijama.

IECEE (IEC-ov Sistem shema za ocjenjivanje usklađenosti elektrotehničke opreme i komponenata) je jedan od četiri sistema za ocjenjivanje usklađenosti koje provodi IEC, a kojim se ispituje sigurnost, interoperabilnost performansi komponenata, energetska efikasnost, elektromagnetna kompatibilnost (EMC) i opasne tvari u baterijama. 

Međutim, primjeri nedostataka korištenja litij-ionskih baterija za skladištenje energije su brojni i prilično dobro dokumentovani. Performanse litij-ionskih ćelija se tokom vremena smanjuju, što ograničava njihovu sposobnost skladištenja. Također su se pojavili problemi i zabrinutosti oko recikliranja baterija, kada one više ne mogu da ispune svoju sposobnost skladištenja, kao i oko potrebnih izvora litija i kobalta i to posebno kobalta, jer se on često ilegalno iskopava, u šta 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 skladištenja energije. Reciklaža litij-ionskih baterija je jedan od aspekata koji trenutno razmatraju.

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

IEC-ov TC 120 nedavno je objavio novi standard koji razmatra kako baterijski sistemi za skladištenje energije mogu koristiti reciklirane baterije. Standard IEC 62933-4-4 ima za cilj „da preispita kakav uticaj na okolinu može imati ponovna upotreba baterija i da definiše 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 konsultantskoj firmi IDTechEx, ove tehnologije postaju predvodnici u trci 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 u pogledu sigurnosti. SSE također otvara vrata za korištenje različitih katodnih i anodnih materijala, čime se proširuju mogućnosti za izradu baterija. Iako se neki SSB-ovi zasnivaju na litij-ionskim hemijskim procesima, to naravno nije slučaj sa svima. Problem je što su pravi SSB-ovi, bez ikakve tečnosti, 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, uporedivi operativni troškovi i premijska cijena. Da bi došlo do javnog prihvatanja ove tehnologije moraju se prezentirati jasne vrijednosti. Tržište može prihvatiti čvrste baterije, čak i ako sadrže male količine tečnosti ili polimernog gela, sve dok one obavljaju željene funkcije. Hibridne polučvrste baterije mogu biti prijelazno rješenje koje nudi poboljšane performanse. U kratkom roku bi  upotreba hibridnih SSB-ova, koji sadrže malu količinu gela ili tečnosti, mogla postati uobičajena praksa”.

U toku 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.