Kam zamíří ceny baterií a jaké technologie akumulace energie mají největší perspektivu?

Oliver Schmidt

Na tyto otázky brzy poskytne nejlepší odpovědi ve své přednášce na konferenci Smart Energy Forum v Praze dne 19.listopadu Oliver Schmidt, přední vědec z renomované britské univerzity Imperial College London.

Před příjezdem do Prahy jsme Oliverovi položili několik otázek na téma jeho věhlasné studie o perspektivách technologií akumulace, kterou nedávno publikoval.

SN: Podle studie agentury Bloomberg dosáhne světový trh stacionárních skladovacích systémů energie (SSE) až 300 GWh ročně do roku 2029. Co v současnosti táhne boom SSE ve světě?

Za současným boomem stacionárních SSE ve světě vidím 2 hlavní faktory. Za prvé, se jedná o proměnu stávajícího energetického systému na bázi fosilních zdrojů za obnovitelné zdroje energie (OZE). Právě elektřina z OZE, zejména z větrných a solárních elektráren, má interminentní (tj. proměnlivou) povahu v průběhu času (den/noc) a také závisí na dané lokalitě (např. slunná místa vyrábějí více solární energie). Právě tato povaha OZE, na rozdíl od tradičních fosilních elektráren, vyžaduje větší nároky na stabilizaci našeho energetického systému.

Právě technologie SSE, jako jsou baterie, mohou poskytnout tuto stabilizaci. Služby, které SSE poskytují, korespondují s povahou interminentních OZE. Např. baterie se mohou účinně vypořádat s nejistou povahou výroby elektřiny z OZE tím, že zajistí služby regulace frekvence.

Baterie také mohou kolísavost výroby elektřiny z OZE zmírnit tím, že poskytují záložní energii. V neposlední řadě baterie umožní eliminovat investice do rozvoje energetických sítí, které jsou nutné kvůli lokálnímu omezení výroby elektřiny z OZE.

Když to stručně shrnu, SSE na bázi baterií poskytují potřebnou flexibilitu, které musí čelit současný energetický systém v souvislosti se stále vyšším využíváním OZE. Proto stále rostoucí objem OZE povede k vyššímu využívání technologií SSE.

Druhým hlavním faktorem, který stojí za boomem SSE, je rapidní pokles cen stacionárních baterií, zejména to platí pro Li-Ion technologie. Investiční náklady pro velkokapacitní Li-Ion baterie poklesnou z cenové hladiny ve výši 1 000 USD/kWh v roce 2015 na cca 500 USD/kWh v roce 2020. Při těchto cenách jsou již některé služby, například poskytování služeb pro regulaci frekvence, ekonomicky smysluplné již bez dotací. Další pokles cen otevře bateriím zcela nové obchodní oblasti, což způsobí jejich další rozšíření.

SN: Ve vaší nedávno publikované studii jste předpověděl, že SSE na bázi lithiových baterií se stanou nejlevnější alternativou pro skladování energie v blízké budoucnosti. Proč jste přesvědčen o cenové výhodnosti lithiových baterií oproti jiným typům SSE, pokud se jedná o budoucí cenový vývoj?

V této studii, který je dostupná na webu Joule, predikuji, že SSE na bázi Li-Ion baterií budou mít do roku 2030 nejnižší LCOS (průměrné náklady na akumulaci) v aplikacích, které vyžadují vybití do 8-hodin. Vybití do 8-hodin pokrývá drtivou většinu služeb, které v současnosti tyto baterii mohou poskytovat.

Stručně řečeno, jiné technologie SSE nemohou dosáhnout na snížení investičních nákladů, ke kterým došlo a dochází v případě Li-Ion baterií. Současně výkonové parametry Li-Ion baterií, pokud se jedná o jejich životnost a účinnost, jsou dostatečné pro většinu využívaných aplikací.

Cenový vývoj SSE připomíná v posledních letech pokles cen křemíkových krystalických panelů. Jiné fotovoltaické technologie, jako tenkostěnné panely nebo vícevrstvé krystalické panely, také měly své příznivce kvůli vyšší účinnosti nebo nižším materiálovým nákladům. Nicméně, v posledních letech tyto alternativní typy panelů nemohly udržet krok s obrovským navýšením výrobních kapacit křemíkových krystalických panelů (tj. úspory z rozsahu výroby) a také nezískaly důvěru investorů (tj. bankovatelnost). Právě tento vývoj způsobil obrovský pokles cen křemíkových krystalických panelů, který dále pokračuje.

Když se podíváme důkladně na Li-Ion baterie, pak jejich největší výhodou je jejich modularita (škálovatelnost). Tato technologie se používá ve spotřební elektronice již od roku 1990, což představuje obrovský trh, který se stal motorem technologických změn a také umožnil pokles výrobních nákladů. Od roku 2000 snížení cen Li-Ion baterií způsobilo, že tato technologie se stala ekonomicky smysluplnou pro elektromobilitu.

Právě bateriové packy pro elektromobily představují obrovský trh, jehož velikost značně přesahuje trh stacionárních SSE. Díky využití Li-ion baterií v elektromobilitě došlo k masívnímu navýšení výrobních kapacit pro výrobu těchto technologií. To opět vedlo k dalším poklesům nákladů, technologickému pokroku a k posílení důvěry v tuto technologii. Od roku 2010 se pak lithiové baterie staly životaschopnou technologií pro stacionární akumulační aplikace, přičemž jejich konkurenceschopnost dále poroste, což je právě vyvoláno výrobními zkušenostmi z prostředí elektromobility.

SN: Jak se díváte na vodíkové technologie nebo setrvačníky? Jsou tyto technologie také vhodné pro skladování energie v určitých aplikacích?

Akumulace energie ve vodíku se dobře hodí pro dlouhodobé aplikace s dlouhou dobou vybití, jelikož tyto komponenty pro akumulaci ve vodíku jsou poměrně levné. V mé studii publikované v Joule docházím k závěru, že akumulace ve vodíku je nejlevnější technologií pro všechny aplikace, které vyžadují více než 100 hodin (tj. 4 dny) trvalého vybití.

Kromě toho, vodík se může používat pro výrobu tepla, v dopravě nebo v chemickém průmyslu. Proto se dá říci, že konverze obnovitelné energie do vodíku nejen, že umožňuje dlouhodobou akumulaci, ale také umožňuje využít energii z OZE v jiných sektorech, a tím přispívá k dekarbonizaci našeho celého energetického systému.

Budoucnost stacionárních setrvačníků je velmi nejistá, jelikož podle mne ztrácejí pozici oproti tradičním Li-Ion bateriím ve všech aplikacích. Avšak, moje studie je založena na současných parametrech výkonnosti a pokračování historických poklesu cenových trendů do budoucnosti.

Setrvačníky jsou ale jinak fantastickou technologií s velmi vysokou účinností, dlouhým životním cyklem a modulárním designem, což umožňuje jejich použití v dopravě (např. na železnici). Pokud jejich další vývoj povede k dalšímu zlepšení této technologie, zejména v jejich klíčových parametrech, nebo dojde k jejich výraznému zlevnění, pak setrvačníky mohou získat konkurenční výhodu na Li-Ion bateriemi. Podobně, aplikace vyžadující velkou poptávku po setrvačnících mohou způsobit nárůst jejich masové výroby, což může vést k výraznému poklesu nákladů, než co jsme zažili v minulosti.

Můžete sami analyzovat trendy v investičních nákladech, celkových nákladech na akumulaci energie a také technické či finanční požadavky pro jiné technologie, které možná jednou porazí Li-ion baterie, na volně dostupné online aplikaci www.EnergyStorage.ninja.

Ve 2. dílu rozhovoru s Oliverem Schmidtem, který bude výsledky svého výzkumu prezentovat na konferenci Smart Energy Forum v Praze dne 19. listopadu, se dovíte novinky ohledně trendů a očekávaného cenového vývoje bateriových technologií.