V Perském zálivu spustili
největší baterii světa. Virtuální a bez lithia

Maximální výkon všech instalovaných baterií dosáhl více než 100 MW již před dvěma lety. Provozovatel je postupně propojoval tak, aby se dala všechna úložiště řídit společně jako jedna „velká baterka“, řečeno zavedeným názvoslovím jde tedy o tzv. „virtuální“ baterii s celkovým výkonem 100 MW a kapacitu 648 MWh. Velmi zhruba řečeno by tak mohla pokrýt spotřebu dvaceti tisíc domácností na šest hodin. Název „virtuální baterie“ neznamená nic jiného než, že z pohledu sítě se baterie chová jako jeden celek, i když fyzicky to jeden celek není. Je odvozený od vzoru v energetice již dlouho zavedeného tzv. „virtuálního bloku“, což je skupina menších zdrojů, které se řídí dohromady jako celek. (V Česku se bohužel ještě plete s nabídkou pro majitele fotovoltaiky, kteří v jejímž rámci mohou dostávat platby za přebytky dodané do sítě.)

Sodíko-sírové bateriové systémy japonské firmy NGK
Systém, který se vejde do čtyř kontejnerů
má maximální výkon 0,8 MW a celkovou kapacitu 4,8 MWh

Stejně jako v případě zatím ještě větší připravované baterie v Číně (která by ovšem měla stát fyzicky na jednom místě) ovšem konstruktéři nesáhli po známých „lionkách“, jaké používá například velké úložiště postavené firmou Tesla v Austrálii. V Emirátech byly použity systémy japonské firmy NGK, která se snaží dlouhodobě prosadit s tzv. sodíko-sírovými bateriemi.

Jde o robustní typ baterie využívající anorganických elektrolytů. Během vybíjení záporná sodíková elektroda oxiduje na oxid sodný a na rozhraní elektrody a elektrolytu se vytváří sodíkové ionty. Ty putují přes membránu z oxidu hlinitého (Al₂O₃) na kladnou elektrodu, kde se redukují za vzniku sulfidu sodného (Na₂S₄). Při nabíjení probíhá pak proces opačný.

I když baterie používá na rozdíl od lithiové konkurence téměř výhradně laciné a snadno dostupné materiály, samozřejmě není levná. Konstrukce musí být poměrně pevná a kvalitní, především kvůli přítomnosti velmi reaktivního kovového sodíku.

Navíc vysoké pracovní teploty zhoršují problém s korozí, a konstruktéři s tím musejí počítat. Sodíko-sírové baterie konstruují jako víceplášťové vzduchotěsné nádoby z nerezové oceli. Jednotlivé články (řazené obvykle do sériově paralelního pole) musejí být rovněž hermetické a jsou od sebe odděleny ještě navíc vrstvou izolačního materiálu, často písku, který mimo jiné slouží i jako protipožární izolace.

Větší nádrž

Proč volba padla na sodíko-sírový systém? Asi už jste uhodli sami: klient chtěl baterie s větší kapacitou, tedy schopnou dodávat špičkový výkon po delší dobu, v tomto případě alespoň šest hodin. Postavit takový systém z lithiových baterií by bylo podstatně dražší.

U sodíko-sírových baterií a dalších podobných typů, jako jsou třeba vanadové průtokové baterie, určuje celkovou kapacitu do značné míry velikost „nádrže“ na kladný a záporný elektrolyt, které jsou samy o sobě poměrně levné. Stejně jako u jiných průtokových baterií, například vanadových redox baterií, je tedy poměrně levné navýšit kapacitu úložiště, naopak je relativně drahé zvyšovat jejich výkon, jinak řečeno velikost aktivní plochy a počet článků v bateriovém svazku.

Síť Spojených arabských emirátů ovšem údajně nepotřebuje úložiště s větším výkonem než 100 MW. Takové lithiové baterie již ve světě stojí a jejich stavba v podstatě není nic náročného. Ovšem žádná z nich nedokáže takový výkon dodávat po dobu delší než zhruba hodinu a půl, pak musí naskočit jiné záložní zdroje. V emirátech se ovšem chtěli zbavit nutnosti takové zdroje stavět a udržovat, a tak se rozhodli pro větší baterii, která by dokázala pokrýt spotřebu v nouzovém případě až po šest hodin.

Jedno ze 20 MW úložišť, které je v Abú Zabí součástí tamní obří baterie.
Spojené arabské emiráty vybudovaly obří 648 MWh sodíko-sírové bateriové úložiště (obrázek: Energy Storage News).

Zda jde skutečně o schůdné a ekonomicky výhodné řešení, to nelze zcela objektivně posoudit, protože neznáme podrobnosti smlouvy. Nepochybně jde o kapitálově velmi náročný projekt s dlouhou návratností. Nejdůležitější veličinou je tedy „cena peněz“ pro stavbu použitých.

Dá se ovšem předpokládat, že země tak chtěla přispět k naplnění svých cílů na navýšení výroby z bezuhlíkových zdrojů, které by v roce 2050 by měly dodávat šedesát procent celkově vyrobené elektřiny. Velká baterie by také měla okamžitě omezit nutnost používání dieselagregátů, které se v zemi s velmi levným benzínem a naftou používají k vykrytí špiček, a také výrazně usnadnit a zjednodušit řízení celé sítě. A samozřejmě fosilní palivo, které se takto ušetří, může jít na export.

Pozor! Nechladit!

Další výhodou proti lithiovým bateriím jsou poněkud netradiční provozní parametry sodíko-sírových baterií. Jejich provozní teplota je kolem 300 až 350 °C. Nevyžadují tak důkladné chlazení, které je v pouštním prostředí větším problémem než například v našich zeměpisných šířkách.

Energetické hustoty podobných baterií nejsou špatné, pohybují se i nad 150–170 Wh/kg, tedy zhruba pětkrát vyšší než u „klasických“ olověných baterií. Účinnost v cyklu nabití/vybití se pohybuje někde nad sedmdesáti procenty, což není úplně úžasná hodnota. Nízká účinnost by ovšem nebyla problémem, pokud by byla nízká také cena.

Výrobce, japonská společnost NGK, slibuje, že by baterie pro instalaci ve Spojených arabských emirátech měly fungovat se zhruba 90% účinností alespoň patnáct let, což by mělo představovat zhruba 4 500 stoprocentních vybití a nabití. To výrazně překonává výkony lithiových baterií, u kterých by byl úbytek výkonu za stejnou dobu určitě o pár desítek procent vyšší. Přesně by záleželo na tom, jak by se ve skutečnosti využívaly. „Lionky“ se rozhodně nemohou pravidelně vybíjet až „do nuly“; to by je poničilo zcela zásadně. Pro sodíko-sírové baterie by to ovšem neměl být problém.

Uvidíme, zda se skutečně podaří tento slib splnit. Degradace materiálů, a tím i kapacity baterií, u nich obecně vždy představovala problém. V každém případě se ukazuje, že ani v ukládání energie neexistuje jediné řešení, které by vyhovovalo všem. Tesla a další výrobci lithiových baterií nebudou moci v ceně za jednotku uložené energie konkurovat jiným technologiím, a NGK zase svoje sodíko-sírové baterie do elektromobilu nedostane.

Zdá se také jisté, že „virtuální“ energetické celky spojující nejen baterie, ale často i menší výrobny, jako jsou například solární elektrárny, budou trendem blízké budoucnosti.