Opravdu chytrý bateriový kontejner

Společnost Energon Advanced Energetics v srpnu představila nové bateriové úložiště s kapacitou 1,3 MW·h. Teprve třetí bateriový kontejner u nás je zatím jediný, který byl kompletně vyroben v České republice. Od dvou předchůdců se však významně liší i některými technickými parametry.

Unikátní „all-in-one“ koncepce

Bateriové úložiště z dílny holdingu Energon obsahuje v jediném kontejneru vedle baterií a měničů také transformátor a vysokonapěťový rozváděč. V místě použití tak nevyžaduje žádné doplňkové instalace. Ke spuštění je připraveno v podstatě okamžitě.

„Díky rozměrům 12,2 × 2,5 × 3,2 metrů je transport kontejneru bezproblémový, nejedná se totiž o nadměrný náklad. Kvůli bezpečnostním předpisům je pouze nutné část baterií převážet odděleně. Na místě tedy stačí všechny bateriové moduly umístit do kontejneru a po jeho stranách nainstalovat klimatizační jednotky. Celé je to otázka několika hodin. Poté lze kontejner nastartovat, přičemž náběh je okamžitý. Systém funguje od první vteřiny po spuštění,“ upřesňuje autor koncepce a současně ředitel společnosti Energon Advanced Energetics Tomáš Pastrňák.

Obr. 1. Celkový pohled

Široké možnosti uplatnění

Velkokapacitní bateriový systém (obr. 1) zajišťuje mnoho funkcí, díky kterým jej lze využít k různým účelům. Výrobci elektrické energie, jako jsou tepelné, vodní i jaderné elektrárny, mohou prostřednictvím úložiště regulovat svůj výkon v řádu jednotek až desítek megawattů. V takovém případě by bylo třeba úložiště s větší kapacitou. „Toho lze dosáhnout spojením několika kontejnerů dohromady. Do současných rozměrů dokážeme umístit až 44 bateriových racků, které poskytnou kapacitu 4,8 MW·h. V takovém případě už to ale nebude současná all-in-one koncepce, ale řešení složené na míru,“ uvádí Tomáš Pastrňák.

V rámci podpůrných služeb přenosové a distribuční sítě může bateriové úložiště regulovat frekvenci, napětí či jalový výkon. Důležitou funkcí je i tzv. ramping-control, kdy úložiště autonomně reaguje na externí změny. Jednou z možností, kdy je možné tuto funkci využít, je třeba během startování jiného zdroje energie (např. turbíny či kogenerační jednotky), kdy úložiště udržuje konstantní hladinu jeho výkonu.

Zejména na zahraničních trzích má velký potenciál funkce nazvaná ostrovní provoz. Ta se uplatní např. na opravdových ostrovech, kde může úložiště v kombinaci s obnovitelným zdrojem (např. FVE nebo větrnou elektrárnou) fungovat jako spolehlivý zdroj energie i bez napojení na centrální síť. Dalším příkladem jsou těžařské plošiny na moři. Podobné je to i na pevnině v odlehlých místech, která je složité elektrifikovat (poušť, Aljaška apod.). V současnosti se na mnoha z nich používají dieselové agregáty, ovšem logistika spojená s jejich zásobováním je složitá a velmi nákladná. Bateriové úložiště je výrazně praktičtější a ekonomicky výhodnější varianta.

Snížení nákladů velkých podniků

Když jde o úspory, důležitou cílovou skupinou jsou velké výrobní podniky připojené k vysokému nebo velmi vysokému napětí. Ty totiž kromě běžné spotřeby platí měsíčně řádově statisíce za každý megawatt, který je pro ně rezervován v centrální síti. Jestliže během výrobních špiček tuto rezervovanou kapacitu překročí, hrozí jim vysoké sankce. Bateriový systém pomáhá nasazením elektřiny z vlastních zásob tyto špičky mírnit (odtud název funkce peak-shaving). Tím se významně snižují náklady podniku na rezervovanou kapacitu i penále za překračování sjednaných limitů.

Tím ovšem výčet možností nekončí. Bateriový kontejner umožňuje efektivněji využívat obnovitelné zdroje energie. Přebytky z vlastní výroby lze do něj ukládat k pozdějšímu využití – tudíž neodtečou zdarma do sítě. Popřípadě je možné je výhodně zobchodovat ve chvíli, kdy bude v centrální síti energie nedostatek, a tudíž bude výkupní cena na vnitrodenním trhu příznivá.

Obr. 2. Vnitřní uspořádání

Třináct tun speciálně seříznutých baterií

Jak vypadá 30tunový ocelový kontejner pod povrchem? Vnitřní členění má čtyři části (obr. 2). Největší prostor potřebují baterie. V tomto případě byly použity Li-Ion články společnosti LG Chem s chemickým složením elektrod na bázi kobaltu, niklu a manganu. Charakterizuje je vysoká energetická a výkonová hustota.

V úložišti je přes 13 t baterií umístěných v 55 kg modulech. Těch je v kontejneru více než 200. Každý modul tvoří ploché stackové články. Na první pohled připomínají prizmatické články, jsou však ve srovnání s nimi výrazně bezpečnější. Běžné prizmatické články totiž mívají po stranách ohyby, v nichž se během vybíjení a nabíjení nadměrně zahřívají elektrody. Seříznutím do roviny společnost LG Chem tento problém zcela odstranila. Elektrody navíc oddělují keramické separátory, které výrazně snižují hořlavost. Použité řešení díky těmto opatřením vyniká stabilitou a bezpečností i při dlouhodobém používání.

Bateriové moduly jsou po šestnácti sériově zapojeny v paralelním řazení do tzv. racků, kterých je v kontejneru celkem třináct. Instalovaná kapacita představeného kontejneru dosahuje 1 357 kW·h, ovšem v průběhu používání se počítá s částečným poklesem této hodnoty. Po celou dobu záruky, která je deset let nebo 6 000 nabíjecích cyklů (podle toho, co nastane dřív), společnost garantuje využitelnou kapacitu 1 000 kW·h.

Účinnost nabíjení a vybíjení samotné baterie dosahuje 95,7 %. Jestliže se započítají i ostatní prvky systému (jako měniče, transformátor) a vlastní spotřeba (světla, zásuvky, klimatizace), číslo klesne na asi 87 % pro tzv. RTE (Round Trip Efficency). Díky nabíjecímu výkonu 1 000 kV·A lze baterie nabít i vybít do 1 h. Záleží na napětí sítě, ke které ji uživatel připojí. Díky transformátoru úložiště funguje jak v nízkém napětí od 0,4 kV, tak při vysokém do 35 kV.

Obr. 3. Pohled do chodby s měniči

Potřeba vzduchu (skoro) jako proudové letadlo

Na opačné straně kontejneru se nachází místnost se dvěma měniči AEG o instalovaném výkonu 1 200 kV·A (obr. 3). Dosahují účinnosti 98,3 %, jejich životnost přesahuje deset let a hlavní přidanou hodnotou je skutečnost, že nepotřebují speciálně klimatizovanou místnost. Dokážou pracovat ve výkyvech teplot od –20 do +50 °C a k chlazení jim stačí průtok okolního vzduchu. Dohromady ho potřebují (ne spotřebují) 4 m³ za sekundu. „Pro srovnání, první letadla se schopností kolmého startu potřebovala jen o kubík více,“ uvádí Tomáš Pastrňák.

Místnosti s měniči a bateriemi od sebe odděluje prostor pro transformátor a vysokonapěťový rozváděč. „Aktuálně dokončený kontejner jsme těmito technologiemi zatím nevybavili. Přizpůsobíme je na míru konkrétnímu zákazníkovi – podle toho, k jaké napěťové hladině úložiště připojí,“ vysvětluje Tomáš Pastrňák.

Chlazení kontejneru zajišťuje klimatizace Daikin o výkonu 4× 9,5 kW a účinnosti A++. Technici ji schválně předimenzovali, kdyby přišla velká vedra (obr. 4). Stejná komponenta dokáže dokonce i zatopit, ale vzhledem k tomu, že samy bateriové články jsou zdrojem tepla, využije se tato funkce nejspíš jen při extrémních mrazech. O bezpečnost se stará hasicí systém vybavený kapalinou Novec 1230.

Obr. 4. Klimatizace

Vše řídí dokonalý software

Nejdůležitějším prvkem, který ovládá spolupráci mezi bateriemi a střídači i veškeré funkce, je Energy Management System (EMS). Tento „mozek kontejneru“ vytvořila na míru společnost Buildsys, která stejně jako Energon Advanced Energetics spadá do holdingu Energon.

„Software vychází z předchozích projektů, na nichž jsme se podíleli. Mimo jiné čerpá i z poznatků o úložišti v Mydlovarech, pro které vytvořila řídicí systém právě naše sesterská společnost. Další zdrojová data jsme získali z inovativní dobíjecí stanice, která od února funguje u Výstaviště v pražských Holešovicích. Koncepce, kterou jsme kompletně navrhli a postavili pro společnost PRE, kombinuje dobíjení elektromobilů, vlastní výrobu energie a bateriové úložiště. I tam jsme tudíž navrhovali řídicí systém,“ přibližuje Tomáš Pastrňák (obr. 5).

EMS dokáže analyzovat nabití racků až na úroveň jednotlivých článků. Umí také korigovat nabití baterií podle nastavených parametrů. Současně monitoruje jejich funkce a údaje odesílá servisním technikům. Ti tedy včas zjistí jakékoliv anomálie.

Aktivace funkcí jediným tlačítkem

Nastavení EMS lze kdykoliv regulovat prostřednictvím přehledného dotykového displeje přímo uvnitř kontejneru nebo dálkově z chytrého telefonu či počítače. Zároveň lze vše uzpůsobit i tak, aby systém fungoval zcela autonomně a jednotlivé funkce spouštěl podle aktuální potřeby. „Právě dokonalé IT řešení je tím, co dává našemu produktu takový náskok před konkurencí,“ uvádí Tomáš Pastrňák.

Systém vyniká přehledností a uživatelskou přívětivostí. Přehledná grafika a intuitivní uspořádání dovolují snadnou obsluhu řadovým pracovníkům, bez nutnosti studovat složité návody. Jednotlivé funkce je možné aktivovat i deaktivovat doslova stiskem jediného tlačítka.

„Počítáme s tím, že každý klient bude mít zájem využívat bateriové úložiště k jinému účelu. Pro někoho budou zásadní podpůrné služby v přenosové soustavě, pro jiného zákazníka zase bude klíčový peak-shaving. Jsme připraveni navrhnout mu systém přesně na míru, nicméně zároveň jdeme i cestou určité univerzálnosti. Tak, aby jednotlivé funkce byly snadno dostupné každému, aniž by bylo třeba je dodatečně programovat,“ vysvětluje Tomáš Pastrňák.

Hledá se kupec

Ředitel společnosti Energon Advanced Energetics vidí v bateriových úložištích ohromný potenciál. Své intuici věří natolik, že první bateriový kontejner nevyrobil na zakázku, ale navrhl ho jako univerzální řešení, které svého majitele začalo hledat až po dokončení. Aktuálně tedy probíhají jednání s různými společnostmi. Představený kontejner případného zájemce vyjde na částku lehce přes 20 milionů korun.

Takzvaný BESS (Battery Energy Storage System) však rozhodně nemusí mít podobu pouze kompaktního „all-in-one“ kontejneru. Nabízí se mnoho možností a různých kombinací, které se vždy přizpůsobují požadavkům konkrétního klienta – ať už jde o kapacitu úložiště, nebo parametry vycházející z geografických reálií. Jinak bude vypadat úložiště, které má fungovat v poušti, a jinak firma navrhne úložiště určené pro těžební plošinu na moři.

Realizace zakázek se v závislosti na velikosti zvoleného řešení pohybuje v řádu měsíců. „Výrobě all-in-one kontejneru předcházelo několik let přemýšlení a seznamování se s dostupnými technologiemi. Nyní už máme nastřádané know-how, které jsme schopni operativně aplikovat podle požadavků zákazníka poměrně rychle. Představený model jsme například kompletně navrhli a zrealizovali během čtyř měsíců,“ dodává Tomáš Pastrňák.

---

Vyšlo v časopise Elektro č.10/2018 na straně 14.
Tištěná verze – objednejte si předplatné: pro ČR zde, pro SR zde.
Elektronická verze vyšlých časopisů zde.