Аутор: Catherine Bischofberger

Преузето са: www.iec.ch

Пред нама је вријеме брзог раста индустријског складиштења енергије, јер се земље широм свијета пребацују на обновљиве изворе енергије који постепено замјењују фосилна горива. Једна од опција за складиштење су батерије односно акумулатори.

Један од актуелних проблема с обновљивим изворима енергије попут вјетроенергетских система или соларне фотонапонске енергије (PV) је тај да имају вишак снабдијевања када сунце сија или дува вјетар, али да када сунце зађе или вјетар утихне долази до несташице електричне енергије. Начин да се превазиђе оно што стручњаци називају „интермитентност” вјетра и сунчеве енергије је да се када има вишка енергије она складишти за каснију употребу, када имамо мањак енергије. 

За складиштење обновљиве енергије користе се различите технологије, а једна од њих су тзв. реверзибилне хидроелектране. На овај облик складиштења енергије тренутно отпада више од 90% глобалног висококапацитетног складиштења енергије у свијету. Електрична енергија се користи да се вода пумпа у резервоаре на већој надморској висини у периоду док је потражња за енергијом ниска. Када је потражња највећа, вода се преусмјерава кроз турбине постављене на нижим надморским висинама и поново претвара у електричну енергију. Пумпање воде је такође корисно за контролу нивоа напона и одржавање квалитета електричне енергије у мрежи. То је испробан и тестиран систем, али има и недостатака. Хидроенергетски пројекти су велики и скупи с изузетно високим капиталним трошковима, а и географски услови су веома захтјевни. Треба их смјестити у планинска подручја с обиљем воде. Ако је глобални циљ да се у свијету постигне нулти степен емисије, неопходно је успоставити системе складиштења енергије који се могу поставити готово свугдје, и то у великом броју.

IEC стандарди осигуравају безбједност и ефикасност хидроенергетских пројеката. IEC-ов технички комитет IEC TC 4 објављује низ стандарда који прецизирају захтјеве за хидрауличне турбине и припадајућу опрему. IEC-ов TC 57 објављује основне стандарде за паметну мрежу. Један од њихових кључних стандарда, IEC 61850^[1] прецизира улогу хидроенергије и помаже јој да интероперабилно дјелује с дигитализованом и аутоматизованом електричном мрежом.

Литијум-јонске батерије постају све боље

Једно од очигледних рјешења за складиштење енергије су батерије. За сада, најбоља опција су литијум-јонске (Li-ion) батерије. Комунална предузећа широм свијета су повећала своје капацитете за складиштење уз помоћ литијум-јонских батерија велике снаге које могу складиштити између 100 до 800 мегавата (MW) енергије. Постројење за складиштење енергије у Мос Лендингу у Калифорнији наводно је највеће такво постројење на свијету, с укупним капацитетом од 750 MW/3 000 MWh.

У посљедњих неколико година цијена литијум-јонских батерија је значајно опала, а сада постоји могућност да складиште још веће количине енергије. До напретка у производњи ових батерија дошло је и захваљујући настојањима аутомобилске индустрије да направи мање, јефтиније и снажније литијум-јонске батерије за електричне аутомобиле. Напон произведен у свакој литијум-јонској ћелији износи око 3,6 волти (V). Већи је од напона добијеног из стандардних никл-кадмијумских, никл-метал хидридних и чак стандардних алкалних ћелија које износе око 1,5 V и оловних акумулатора који износе око 2 V по ћелији, што ће захтијевати мање ћелија за многе намјене.

Литијум-јонске ћелије стандардизовао је IEC-ов технички комитет IEC TC 21, који је објавио серију стандарда IEC 62660^[2] о секундарним литијум-јонским ћелијама за погон електричних возила (EV-a). TC 21 такође објављује стандарде за системе складиштења обновљиве енергије. Први такав стандард, IEC 61427-1^[3], даје опште захтјеве и методе испитивања за примјену фотонапонских елемената када нису прикључени на мрежу и електричну енергију која се генерише из PV модула. Други, IEC 61427-2^[4], ради исто, али се односи на примјену на мрежи, гдје улазна енергија долази из великих вјетро и соларних паркова. „Стандарди се фокусирају на правилну карактеризацију перформанси батерије, било да се она користи за напајање фрижидера за чување вакцина у тропским условима или за спречавање нестанка струје у електроенергетским мрежама на националном нивоу. Ови стандарди су углавном неутрални и флексибилни у погледу хемијског састава батерија. Омогућавају стручњацима задуженим за планирање и управљање јавним комуналним или енергетским предузећима или крајњим корисницима да пореде сличне батерије, чак и када им је хемијска структура различита”, каже експерт из Техничког комитета TC 21 Herbert Giess.

IEC-ов технички комитет IEC TC 120 основан је с циљем да објављује стандарде у области система складиштења електричне енергије (Electrical Energy Storage ‒ EES) интегрисаних у мрежу како би подржао њене захтјеве. EES систем је интегрисани систем с компонентама, које могу бити батерије које су већ стандардизоване. TC 120 ради на новом стандарду, IEC 62933-5-4, који ће дати методе и процедуре испитивања безбједности за EES системе засноване на литијум-јонским батеријама.

IECEE (IEC-ов Систем шема за оцјењивање усаглашености електротехничке опреме и компонената) је један од четири система за оцјењивање усаглашености које спроводи IEC, а којим се испитује безбједност, интероперабилност перформанси компонената, енергетска ефикасност, електромагнетна компатибилност (EMC) и опасне твари у батеријама. 

Међутим, примјери недостатака коришћења литијум-јонских батерија за складиштење енергије су бројни и прилично добро документовани. Перформансе литијум-јонских ћелија се током времена смањују, што ограничава њихову способност складиштења. Такође су се појавили проблеми и забринутости око рециклирања батерија, када оне више не могу да испуне своју способност складиштења, као и око потребних извора литијума и кобалта и то посебно кобалта, јер се он често илегално ископава, у шта су укључена и дјеца. Један од најважнијих произвођача кобалта је Демократска Република Конго. Кроз своје пројекте IEC-ов Global Impact Fund прихватио је овај изазовни задатак везан за складиштења енергије. Рециклажа литијум-јонских батерија је један од аспеката који тренутно разматрају.

На крају треба напоменути да су литијум-јонске батерије запаљиве и да је од 2017. до 2019. године значајан број постројења за складиштење енергије с овом врстом батерија изгорио у Јужној Кореји. Иако су узроци утврђени, тачније у питању су биле лоше праксе у раду тих постројења, постојао је и недостатак свијести о ризицима повезаним с литијум-јонским батеријама, укључујући и термални бијег.

IEC-ов TC 120 недавно је објавио нови стандард који разматра како батеријски системи за складиштење енергије могу користити рециклиране батерије. Стандард IEC 62933-4-4 има за циљ „да преиспита какав утицај на животну средину може имати поновна употреба батерија и да дефинише одговарајуће захтјеве”.

Нова технологија за израду батерија

Такође се појављују и друге технологије за израду батерија, укључујући чврсте батерије или SSB (Solid State Batteries). Према консултантској фирми IDTechEx, ове технологије постају предводници у трци за револуционарним батеријским технологијама сљедеће генерације. У чврстим  батеријама запаљиви текући електролит замјењује се чврстим електролитом (Solid State Electrolyte ‒ SSE), што само по себи нуди одређене предности у погледу безбједности. SSE такође отвара врата за кориштење различитих катодних и анодних материјала, чиме се проширују могућности за израду батерија. Иако се неки SSB-ови заснивају на литијум-јонским хемијским процесима, то наравно није случај са свима. Проблем је што су прави SSB-ови, без икакве течности, још увијек веома далеко од пласирања на тржиште, иако изгледају као алтернатива која доста обећава.

Према IDTechEx-у, „усвајање SSB технологије суочава се с изазовима као што су високи капитални трошкови, упоредиви оперативни трошкови и премијска цијена. Да би дошло до јавног прихватања ове технологије морају се презентовати јасне вриједности. Тржиште може прихватити чврсте батерије, чак и ако садрже мале количине течности или полимерног гела, све док оне обављају жељене функције. Хибридне получврсте батерије могу бити прелазно рјешење које нуди побољшане перформансе. У кратком року би  употреба хибридних SSB-ова, који садрже малу количину гела или течности, могла постати уобичајена пракса”.

У току је трка за сљедећу генерацију батерија. Иако још увијек не постоје стандарди за ову нову врсту батерија, очекује се да ће се они појавити када то тржиште буде  захтијевало.