Poboljšanje pouzdanosti i otpornosti mreže uz pomoć rješenja za pohranu energije u mreži

Kako rješenja za pohranu energije u mreži poboljšavaju pouzdanost i otpornost mreže

Sustavi za pohranu energije djeluju poput amortizera u današnjim električnim mrežama, gotovo trenutačno reagirajući na pad napona ili kvarove opreme. Ovi sustavi održavaju frekvenciju reguliranom vrlo blizu standardnih 60 ili 50 Hz, obično unutar pola herca u obje smjere. To je važno jer bez takve kontrole već smo imali ozbiljne probleme gdje su se manji problemi pretvorili u masovna prekida napajanja koja su istodobno zahvatila više država. Ono što čini ova rješenja za pohranu toliko vrijednima jest njihova sposobnost da unutar razlomka sekunde vrate električnu energiju u sustav, što znatno pomaže u stabilizaciji cijele mreže. Tijekom perioda kada nastanu problemi na mreži, ovakva brza reakcija postaje apsolutno neophodna za neprekinuti rad bolnica, službi hitne pomoći i drugih ključnih operacija.

Integracija skladišta energije s izvorima obnovljive energije za stabilnu opskrbu

Pohrana energije izvrsno funkcionira u kombinaciji s fotonaponskim pločama i vjetrenjačama jer se proizvodnja iz obnovljivih izvora tijekom dana znatno mijenja, zapravo oko 70% vremena. Električne kompanije mogu i dalje osiguravati struju bez korištenja elektrana na ugljen ili plin kao izvore rezervnog energenta, što je posebno važno noću kad zađe sunce ili kada ne puše vjetar danima za redom. Pohranjena energija preuzima ulogu između pada proizvodnje, tako da ljudi i dalje dobivaju pouzdano električnu energiju iz utičnice. To omogućuje veću količinu čiste energije u našoj mreži ukupno, nešto što su ekološke grupe godinama zagovarale.

Usluge pohrane energije poput smanjenja vršnog opterećenja i balansiranja opterećenja

• Smanjenje vršnog opterećenja: Pohrana ispušta energiju tijekom dnevnih vrhova potražnje (npr. 17–20 sati), smanjujući opterećenje na prijenosnim linijama i odugovlačenje skupih infrastrukturnih nadogradnji
• Balansiranje opterećenja: Baterije preusmjeravaju višak energije iz područja s viškom u područja koja imaju nedostatak, optimizirajući iskorištavanje mreže i smanjujući zagušenja

Ove usluge poboljšavaju učinkovitost i smanjuju trošenje zastarjele infrastrukture, pridonoseći dugoročnoj pouzdanosti sustava.

Uvid u podatke: skladištenje na mreži smanjuje trajanje prekida do 40% (U.S. DOE, 2023)

Izvješće o otpornosti SAD-ove Ministarstva energetike iz 2023. godine pokazalo je da su regije s najmanje 500 MW kapaciteta za pohranu obnovile napajanje 2,3 sata brže tijekom oluja u odnosu na mreže bez pohrane. Ovo 40% poboljšanje oporavka od prekida proizlazi iz sposobnosti pohrane da:

1. Održava rad kritičnih objekata – bolnica, centara za podatke, postrojenja za obradu vode – tijekom kvarova prijenosa
2. Omogućuje brži ponovni "crni" pokret mreže korištenjem pohranjenih rezervi, ubrzavajući potpunu obnovu

Ova sposobnost sve je važnija kako ekstremni vremenski uvjeti izazivaju otpornost mreže.

Ključne tehnologije za pohranu energije koje pokreću moderne primjene na mreži

Pregled tehnologija za pohranu energije i njihova klasifikacija prema trajanju i funkciji

Suvremena rješenja za pohranu energije u mreži koriste različite tehnologije, od kojih je svaka prilagođena određenim trajanjima i funkcijama:

Vrsta tehnologije	Trajanje	Ključne Primjene
Litij-ionske baterije	Kratkoročno-srednjoročno	Regulacija frekvencije, podrška vršnim opterećenjima
S druge strane,	Srednjoročno-dugoročno	Premještanje opterećenja, integracija obnovljivih izvora
Pumped Hydro Storage	Dugoročno	Masovna pohrana energije, sezonsko izjednačavanje
Termalno skladištenje	Kratkoročno-dugoročno	Upravljanje industrijskim toplinom, sustavi kogeneracije

Kako istraživanja u području održivih energetskih sustava pokazuju, ova klasifikacija pomaže komunalnim službama da usklade izbor tehnologija s operativnim potrebama – kratkotrajni sustavi poput superkondenzatora rukuju privremenim neravnotežama, dok redoks tekuće baterije upravljaju višesatnim pomacima u proizvodnji iz obnovljivih izvora.

Litij-ionske nasuprot tečnim baterijama: Učinkovitost u rješenjima za pohranu energije u mreži

Litij-ionske baterije su zapravo standardni izbor za kratkoročne potrebe u pohrani jer imaju impresivne stope efikasnosti punjenja i pražnjenja od 90% do 95%, uz vremena reakcije ispod 100 milisekundi. Međutim, kada je riječ o rješenjima dugotrajnijeg trajanja, tečne baterije ističu se. Ovi sustavi traju od 20 do 30 godina, nasuprot tipičnom vijeku trajanja litij-baterija od oko 10 do 15 godina. Također, tehnologija tečnih baterija se može lako proširiti za one cikluse pražnjenja od 4 do 12 sati koji su potrebni prilikom spajanja s obnovljivim izvorima poput solarnih panela ili vjetroagregata tijekom više dana. Činjenica da se elektroliti ne degradiraju tijekom vremena zapravo pomaže u smanjenju ukupnih troškova održavanja, iako sadrže manje energije po jedinici volumena u usporedbi s litij-varijantama.

Nove tehnologije: Sustavi pohrane temeljeni na čvrstom stanju i gravitaciji

Baterije s čvrstim elektrolitom potencijalno mogu pohraniti dvostruko više energije nego uobičajene litij-ionske ćelije, uz znatno manji rizik od zapaljenja. To znači da se one mogu sigurno instalirati u manjim prostorima odmah pored gradskih područja, bez brige o eksplozijama. Zatim postoje rješenja za pohranu temeljena na gravitaciji, poput onih velikih mehaničkih tornjeva tvrtke Energy Vault. Oni u osnovi dizu teške kompozitne blokove kada je dostupno više energije, a spuštaju ih kada je to potrebno, na taj način pohranjujući energiju godinama. Sustav gubi samo oko 15% pohranjene energije, što je prilično dobro s obzirom na vremensko trajanje ovih sustava. Sve ove nove tehnologije otvaraju mogućnosti u područjima gdje tradicionalne baterijske tehnologije jednostavno ne funkcioniraju dobro zbog sigurnosnih problema ili ograničenih materijala.

Analiza trenda: Globalni pomak prema dugotrajnom pohranjivanju energije (LDES) do 2030.

Prognoze tržišta ukazuju da bi sektor dugotrajnog pohranjivanja energije (LDES) mogao doseći vrijednost od oko 120 milijardi dolara do kraja ove decenije. Glavni poticaj dolazi iz rastuće potražnje za sustavima koji mogu isporučivati energiju više od deset sati zaredom, što je ključno za smanjenje emisija ugljičnog dioksida na razini cijelih mreža. Skoro polovica svih novih instalacija obnovljivih izvora energije danas dolazi uz neku vrstu obećanja LDES-a, u velikoj mjeri zbog padajućih cijena tehnologija poput željezo-zrak baterija i rješenja za pohranu komprimiranog zraka. Ono što uočavamo ovdje više nije samo pitanje osiguranja struje tijekom kratkotrajnih prekida. Umjesto toga, tvrtke počinju planirati danima unaprijed, čak i mjesecima unaprijed, kada razmišljaju kako njihovi sustavi za pohranu energije trebaju riješiti sve, od vrućinskih valova koji traju tjedan dana do cijelih sezona s varirajućom ponudom i potražnjom.

Integracija u mrežu i operativne performanse sustava za pohranu energije

Uvođenje sustava za pohranu energije (ESS) u današnje električne mreže nije jednostavan zadatak. Postoji mnogo tehničkih prepreka koje treba prevladati kako bi se postigla najbolja moguća učinkovitost ovih sustava. Neke prave glavobolje proizlaze iz upravljanja dosadnim skokovima napona koji nastaju kada se baterije brzo pune i prazne. A zatim postoji čitava zbrka oko osiguravanja dvosmjernog toka energije u mješovitim postrojenjima s obnovljivim izvorima energije. Prema studiji objavljenoj prošle godine u časopisu Journal of Power Sources, dvije velike poteškoće ističu se za sve one koji žele instalirati velike baterijske pakete u stariju infrastrukturu mreže. Prva je održavanje stabilnosti frekvencije, što postaje složeno s tim kako sve više baterija ulazi u pogon i izlazi iz njega. Druga je upravljanje zagrijavanjem u ovim ogromnim instalacijama, što postaje sve teže kako se nizovi baterija tijekom vremena povećavaju.

Tehnički izazovi integracije sustava za pohranu energije u mrežu

Stare mrežne konstrukcije imaju stvarnih problema s praćenjem brzine na koju mogu reagirati litij-ionske baterije i sustavi tekućih baterija. Postizanje onih ultra brzih vremena reakcije u skladu sredstvima za kontrolu napona obično znači obaviti značajne radove na transformatorskim stanicama. Prema nekim izvješćima iz polja, otprilike svaki četvrti prijenosni kompanija u Sjevernoj Americi susreće probleme s invertorima koji ne funkcioniraju ispravno prilikom pokušaja nadogradnje starih transformatorskih stanica za sustave pohrane energije. To pokazuje zašto hitno trebamo bolja standardna pravila za povezivanje ovih novih tehnologija s mrežom.

Pametni invertori i napredni kontrolni sustavi koji omogućuju bezproblemanu integraciju obnovljivih izvora

Pametni invertori sljedeće generacije pomažu u održavanju stabilnosti električne mreže jer omogućuju sustavima za pohranu energije da prilagode svoju reaktivnu snagu kada dođe do naglog porasta proizvodnje iz solarne energije ili smanjenja dostupnosti vjetra. Kada ovi uređaji rade uz kontrolu umjetne inteligencije koja predviđa što dolazi, testovi su pokazali otprilike 18 posto manje gubitaka obnovljive energije na području Srednjeg zapada prošle godine. Uzmimo kalifornijski sustav CAISO kao dobar primjer. Oni su implementirali neke vrlo učinkovite metode korištenjem mjerenja u stvarnom vremenu kako bi upravljali koordinacijom između 3,2 gigavata baterija i solarnih panela. To pomaže da sve glatko funkcioniše, iako se količina električne energije iz obnovljivih izvora stalno mijenja, dok se uz to također mijenjaju i obrasci potrošnje ljudi tijekom dana.

Studija slučaja: Razmještaj baterija veličine mreže u Kaliforniji koji podržava prekoračenje solarne energije

U svibnju 2024., kada je proizvodnja električne energije iz solarne energije dosegnula rekordne vrijednosti, kalifornijska mreža litij-željeznih-fosfatnih baterija kapaciteta 4 sata pohranila je oko 1,7 gigavatsati dodatne električne energije proizvedene u sredini dana. To je dovoljno za napajanje otprilike 125 tisuća domaćinstava. Pohranjena energija na taj način pokrila je gotovo 89 posto velikog skoka potražnje za električnom energijom tijekom večernjih sati. Ovo pokazuje da, kada se sistemi za pohranu energije (ESS) postave tamo gdje su stvarno potrebni, pretvaraju višak energije koji bi inače bio izgubljen u nešto korisno i pouzdano. Na taj način smanjuje se gubitak energije, istovremeno smanjujući ovisnost o skupim postrojenjima na prirodni plin koja se aktiviraju u vršnim periodima. I novčanik i okoliš imaju koristi od ovog pristupa.

Gospodarske i ekološke prednosti rješenja za pohranu energije u mreži

Smanjenje ograničavanja proizvodnje putem integracije skladištenja energije s obnovljivim izvorima energije

Pohrana energije smanjuje otpad iz obnovljivih izvora tako što prikuplja višak energije iz sunca i vjetra tijekom razdoblja niskog potražnje. Godine 2023., Kalifornija je smanjila ograničavanje proizvodnje energije za 34% kroz ciljane ugradnje baterija. Isporuka ove pohranjene energije tijekom vršnih sati maksimalizira korištenje obnovljivih izvora i smanjuje ovisnost o elektranama na fosilna goriva, poboljšavajući održivost mreže i troškovnu učinkovitost.

Smanjenje nivoiziranog troška pohrane (LCOS) potiče prihvaćanje zelene energije

Unapređenja u tehnologiji baterija, uz veće serije proizvodnje, smanjila su niveliranu cenu skladištenja (LCOS) za sisteme litijum-jonskih baterija za oko 52% od 2018. godine. Elektrane sve više koriste rešenja za skladištenje energije ne samo za održavanje stabilnosti mreže, već i za osiguranje pouzdanog snabdevanja električnom energijom kada god je to potrebno, često uz cene koje mogu da budu konkurentnije u odnosu na cene elektrana na prirodni gas. Nedavno objavljeni izveštaj sa MIT-a iz 2023. godine sugeriše da će se situacija dalje poboljšavati, predviđajući da bi LCOS za sisteme sa trajanjem od četiri sata mogao da padne ispod 50 američkih dolara po megavatu na sat do kraja ove decenije. Takav napredak sigurno ubrzava naš pomak ka čistijim elektroenergetskim mrežama koje mogu da izdrže sve što im se baci u kolo.

Utjecaj na okoliš: Kako skladištenje energije doprinosi postizanju ciljeva dekarbonizacije

Pohrana energije iz mreže pomaže u integraciji veće količine obnovljivih izvora u naše elektroenergetske sustave, smanjujući otprilike između 12 i 18 milijuna tona emisije ugljičnog dioksida godišnje samo u Sjedinjenim Američkim Državama. Ova tehnologija smanjuje ovisnost o onim plinskim turbinama koje intenzivno proizvode metan svaki put kada je električna mreža opterećena. Kombinirajući ovu sposobnost pohrane s hibridnim obnovljivim objektima, možemo govoriti o stvarnom napretku prema ambicioznom smanjenju emisija od 72% u proizvodnji električne energije, što predviđaju mnogi klimatski modeli unutar okvira Pariskog sporazuma. Stoga, ove tehnologije pohrane ističu se kao temeljni elementi svakog ozbiljnog pokušaja da se smanje staklenički plinovi na globalnoj razini, uz osiguranje pouzdane opskrbe energijom.

Česta pitanja

Koju ulogu sustavi pohrane energije imaju u pouzdanosti mreže?

Sustavi pohrane energije djeluju poput amortizera, brzo reagirajući na padove napona ili kvarove opreme kako bi stabilizirali mrežu, osiguravajući neprekidno napajanje kritičnih usluga.

Kako se sustavi za pohranu energije integriraju s obnovljivim izvorima energije?

Sustavi za pohranu energije prikupljaju višak energije proizveden obnovljivim izvorima, ublažavajući oscilacije i osiguravajući stabilnu opskrbu energijom čak i kada proizvodnja iz obnovljivih izvora opadne.

Koje vrste usluga nude rješenja za pohranu energije u mreži?

Ta rješenja nude smanjenje vršnog opterećenja ispuštanjem energije tijekom vršnog potrošnje te balansiranje opterećenja redistribucijom viška energije iz područja s viškom u područja s nedostatkom.

Koje su ekonomske prednosti rješenja za pohranu energije?

Rješenja za pohranu energije smanjuju specifične troškove pohrane energije (LCOS), smanjuju ovisnost o elektranama na fosilna goriva i smanjuju otpad obnovljive energije, što vodi prema troškovno učinkovitim i održivim elektroenergetskim mrežama.