Батериите в голямата енергетика: Какво не разбираме?
Какви са днешните реалности и кои са нещата, предвещаващи страхотното им бъдеще
Симеон Белорешки
Научавайте най-важното от сектор енергетика през изминалата седмица
За автора
Симеон Белорешки е инженер по автоматизация, EMBA от Американския университет в Благоевград, с дългогодишен управленски опит в Близкия изток, а преди това консултант по енергийни проекти в EMEA и ръководител проекти в ТЕЦ "Бобов дол", модернизацията на блокове 1, 3, 4 в "Марица-изток 2" и редица проекти в "Лукойл Нефтохим".Така се стече животът ми, че се интересувам, а и се занимавам професионално с енергетика, и то в по-широкия й смисъл, а не непременно в електрическата й част, макар че най-големият ми практически опит е точно в генерацията на електрически мощности. Това го споменавам единствено в контекста, че и аз имах неправилни представи за батериите и тяхното място в голямата енергетика. Не мога да си спомня точно защо, но започнах да следя Австралия някъде през 2016 г. и точно благодарение на това "заблужденията", които имах относно батериите, приключиха в края на 2017-а, когато Tesla внедри най-голямата батерия HPR (Hornsdale Power Reserve - батерията на Тесла 100 MW/128 MWh) в Австралия и го направи по възможно най-удачния от рекламна гледна точка начин.
Случаят е доста интересен и съм сигурен, че в маркетинг средите ще се изучава как се прави революция в една индустрия. Накратко историята е следната (по-подробно тук): Австралия има сериозни проблеми със сигурността на мрежата и чести спирания на тока, особено през лятото - през декември и януари. Обсъждат се всякакви варианти, правителството натиска за разширяване на въглищните централи (каква изненада), като обвинява за проблемите навлизането на ВЕИ. Мъск се включва с туит (който някои считат за спам) и предлага да реши проблема за 100 дни и за 50 млн. долара, без никой да го е питал или искал нещо от него (все пак това е 2017 г. и "Тесла" е известна повече с провалените си обещания). Един милиардер от Австралия малко закачливо го пита, дали е сериозен. Мъск пише: Ако не успея, тези 50 млн. долара остават за моя сметка и вие не плащате нищо. Това дали ви се струва достатъчно сериозно?
Така започва писането на историята, но още по-интересното тепърва предстои и точно затова ще си говорим сега.
Кои са заблудите?
- "Батериите зареждат ток през нощта, когато е евтин, а го връщат в мрежата, когато го няма и е скъп - от това правят пари." Това изглежда напълно логично на пръв поглед, но не е напълно вярно. Батериите се "зареждат"/"разреждат" НЕПРЕКЪСНАТО, когато са в мрежата, и поддържат честотата (по-подробно по-долу) и правят пари точно от това.
- "Разходите по батериите ненужно оскъпяват нещата и изземат всъщност парите от "традиционните" ТЕЦ." Оказва се, че и това не е вярно (подробности по-долy). Важен е общият ефект и ползата за обществото от НАМАЛЯВАНЕ на разходите за електроенергия и поддържане на мрежата.
- "Батериите не могат да заменят изискването за голяма инерционна маса." Вече не. Възможността да подаваш и да консумираш мощност в рамките на милисекунди прави възможна така наречената синтетична или цифрова инерция. Не само това, правят го и с по-малки мощности и по-евтино.
- "Батериите не са част от устойчивото развитие, защото ще изискват огромни количества метали и едва ли не ще доведат до унищожаване на природата, а отделно имат и сериозни емисии при производството." Това съждение е невярно като цяло поради два основни фактора: те са част от устойчивото развитие, защото са почти 100% рециклируеми, т.е. при достигане на определено ниво на мощности металите за нови батерии ще идват от рециклирането на стари, което допълнително ще намалява тяхната цена; развиват се и нови технологии, които не използват толкова много метали (flow batteries).
- "Батериите, не могат да заменят мощности като тези в ПАВЕЦ "Чаира" примерно." Това в момента е вярно, но вярно е и това, че в новата разпределена мрежа такива мощности НЯМА да са нужни. Това е малко по-трудно за разбиране от неспециалисти, но долу има малко подробности, доказващи всъщност предимствата пред ПАВЕЦ.
Какви са обаче фактите
Аналогията на батериите с ПАВЕЦ е неправилна, защото има съществени разлики. Докато ПАВЕЦ може да участва в първично регулиране и го прави, основното му предназначение е на денонощен изравнител и в случая с ПАВЕЦ "Чаира" покрива аварийни ситуации при изключване на хилядник в АЕЦ "Козлодуй". Докато промяната на мощността от ПАВЕЦ е от средно 6-8% на секунда (и зависи и от механичните характеристика на тръбопровода), то отдаването на мощност при батериите е със скорост от порядъка на милисекунди. Другата още по-голяма и съществена разлика е, че превключването на ПАВЕЦ от генераторен на помпен режим и обратно отнема минути, докато при батериите говорим отново за време на реакция от порядъка на милисекунди. Това прави батериите идеалното средство за регулиране на честотата, тъй като те могат да поемат и отдават в мрежата енергия бързо и точно, както е необходимо.
За да разберете колко несравнимо по-добри са показателите на батерията, обърнете внимание на следните неща:
- Поради факта, че големите парни турбини са инерционни и бавни, в първия случай има смущение по честота и тя получава команда да намали мощността (първият червен кръг). След малко, тъй като честотата явно се е оправила, има команда за възстановяване на предишната стойност. Поради инертността на турбината мощността на практика не се променя - с две думи, турбината все едно въобще не реагира на командата.
- Когато смущението е по-дълго (вторият червен кръг), естествено турбината започва да отработва командата и да намалява мощността, но следвайки физическите и механични ограничения за промени в товара, специфични за турбината (газовите турбини са далеч по-бързи).
- На долната половина на графиката е показана батерията. Не само, че няма никакво отклонение от зададената команда, но обърнете внимание, че графиката е в секунди, а не в минути, както тази на парната турбина.
На следващата фигура се вижда друго фантастично поведение и реакция на батерията. На 25 август 2018 поради прекъсване на високоволтов електропровод се получава работа на островен режим.
- Обърнете внимание на събитието: Всичко е нормално и батерията е в изчакващ режим.
- Отпада електропровод, честотата пада и батерията инжектира веднага 80 MW.
- Честотата започва рязко да се покачва (най-вероятно има и отпаднали консуматори).
- Батерията разтоварва до 0 МВ, но честотата продължава да расте и HPR преминава веднага в режим зареждане - 20 МW.
- Честотата влиза в граници. И всичко това в рамките на само 11 секунди!
Нещо повече - при първия одит на работата на батерията през 2018 г. се установи, че след внедряването й разходите по поддържането на честотата са спаднали рязко, както се вижда на следващата фигура.
Последният доклад по работата на HPR от 2020 отчита, че ефектът от HPR батерията само през 2019 г. води до намалени разходи за поддръжка на честотата в рамките на около 89 млн. долара.
Нека да обобщим дотук - има вече техническо решение, което:
- е изпробвано и работи вече над 3 години;
- доказани са предимствата му във всеки технически параметър;
- намалява значително разходите по поддръжката на честотата;
- цената му тепърва ще пада с напредъка на технологиите както поради икономия от мащаба, така и поради наличието на все повече и повече конкуренти.
И това решение бе внедрено в експлоатация за по-малко от 100 календарни дни.
Поуките за България
- Правителствата, дори в нормални държави, понякога се поддават на нормални популистки течения и те самите не могат да донесат прогрес. От тях се иска ДА НЕ ПРЕЧАТ. Австралия е един от най-големите износители на въглища в света, но въпреки всичко е една от държавите с изключително ударно внедряване на най-новите технологии в областта на ВЕИ и батериите.
- Нужен е "рисков" капитал (няма никакъв риск в случая, но е нормално нещо, което се прави за първи път в такъв мащаб, да е трудно за обяснение на финансистите).
- Нужен е личен пример и ангажимент, който не буди съмнения в сериозността на намеренията.
Перспективите за България
За съжаление в момента перспективите са много мрачни - нямаме нито един от горните фактори. Първото може сравнително лесно да бъде решено при евентуално успешни избори и смяна на досегашния подход на нищоправене и "още от същото", но за съжаление останалото нито го имаме, нито ще го имаме скоро.
Ние не сме Австралия и имаме предимство, че сме много добре свързани с енергийните системи на комшиите. А комшиите тези неща ги имат и вече усилено работят по тях.
Съжалявам, че всичко, изложено дотук, не звучи позитивно за енергетиците от отрасъла. По-лошото е, че не е само този отрасъл, който страда от недалновидността на някои от решенията на управляващите - решения, които съвсем спокойно могат да бъдат състав от престъпления, които са обект на разглеждане по Наказателния кодекс.
Хубавото все пак е, че ток ще има, но вместо да го внасяме, трябва да поработим малко и за българските интереси, като преобразуваме комплекса "Марица-изток" в енергиен център, вместо да даваме парите на данъкоплатците за ненужни реактори и газопроводи.
28 коментара
Добре е , че има визионери като Мъск и иноватори като Оситата та края на изкопаемите горива да е още по близо !
"Батериите не са част от устойчивото развитие, защото ще изискват огромни количества метали и едва ли не ще доведат до унищожаване на природата, а отделно имат и сериозни емисии при производството." Това съждение е невярно като цяло поради два основни фактора: те са част от устойчивото развитие, защото са почти 100% рециклируеми, т.е. при достигане на определено ниво на мощности металите за нови батерии ще идват от рециклирането на стари, което допълнително ще намалява тяхната цена; развиват се и нови технологии, които не използват толкова много метали (flow batteries).
--------------------
На теория повечето метали могат да се рециклират на 100% и безкраен брой пъти. Днес над 90% рециклиране обаче имаме само при оловните акумулатори, но въпреки това около 50% от годишното световно производството на олово все още идва от мините, а абсолютната стойност на добива продължава да расте.
-------------
RECYCLING RATES OF METALS: A STATUS REPORT
United Nations Environment Programme ; International Resource Panel (2011)
In theory, metals can be used over and over again, minimizing the need to mine and process virgin materials and thus saving substantial amounts of energy and water while minimizing environmental degradation.
-------------------
Ето и схема ЛИТИЯТ НАПРИМЕР, СЕ Е РЕЦИКЛИРАЛ ПОД 1%
От друга страна, повечето метали се използват в минимални количества в огромен брой продукти, което прави рециклирането им неизгодно. Ако през 80-те в компютърните чипове са използвани 12 елемента, днес броят им вече надхвърля 60 – рециклирането и на 1% от тях е постижение. Ако погледнем и цифрите за строителни суровини, стъкло, тъкани, хартия и най-вече пластмаси, бързо осъзнаваме, че сме безкрайно далеч от кръг.
До коментар [#1] от "SS":
Краят на изкопаемите горива е доста далече:
https://www.sustainability.bg/wp-content/uploads/2020/11/FT_China.png
До коментар [#2] от "simChо":
Схема за % на рециклиране на различните елементи на Земята ..
https://www.sustainability.bg/wp-content/uploads/2018/09/metal_recycling-768x492.png
Не знам защо, предния път не излезе.
Източник - UNEP, 2011
Браво за материала, много ми хареса. И съм 100%,че на доста хора, абонирани за "Капитал" тази информация няма да им хареса, ама какво от това... Рано или по-скоро късно, но и у нас прогресът в енергетиката ще настъпи, ако, че имаме супер назадничав в мисленето (което не е силната му страна) Министър Председател, бъдещето ще отстреля изостаналите...
Според мен смесвате две неща : едното е техническата възможност , другото е дали се прави.
Дали е скъпо или евтино , изгодно или не е въпрос на финансова рамка. Ако в един момент стане трудно увеличаването на добива (а то вече става поради реч причини) рециклирането ще е е единствената алтернатива.
Още нещо, това че оловото се рециклира на 90%, но добива продължава да расте е същата което съм написал - това ще стане в един момент когато се задоволи първоначалното търсене породено от батериите.
Кога ще стане , не знам . Дали ще стане въобще, това е повече от сигурно.
Длугото най-важно, най-големите батерии вероятно ще бъдат flow battery те или подобни , но в никакъв случай няма да са такива,които да изискват допълнителни не щадящи природата ресурси - това е един от основните параметри при разработките. Нека все пак си даваме сметка, че тези които правят разработките и другите които дават парите имат тези елементарни неща в предвид.
До коментар [#2] от "simChо":
Не знам в какъв контекст вкарвате графиката за централите на въглища и за края на фосилните горива?! Разбирам донякъде пристрастеността ви към този сайт, който цитирате непрекъснато, но аз работя с по-пространни и задълбочени такива, но не това е важното.
Статията е за нещо съвсем различно , а именно , че батериите все по-често и по-често ще изместват съществуващите балансирани мощности (включително и ВЕЦ), когато им се даде възможност . И те го доказват по блестящ начин.
До коментар [#3] от "simChо":
До коментар [#7] от "Simeon Beloreshki":
Не знам в какъв контекст вкарвате графиката за централите на въглища и за края на фосилните горива?! Разбирам донякъде пристрастеността ви към този сайт, който цитирате непрекъснато..
---------------------------------
A kakва ли е пристрастеността ми?
Аз самият изпаднах в недоумение, като Ви прочетох и се замислих :
“Ми аз “ .. викам си .. “ не си разбирам пристрастеността“..
--------------
но аз работя с по-пространни и задълбочени такива, но не това е важното.
Статията е за нещо съвсем различно , а именно , че батериите все по-често и по-често ще изместват съществуващите балансирани мощности (включително и ВЕЦ)..
---------------
Ми хубаво - да ни е жива и здрава Статията , ама се споменава за прогнози, за НАМАЛЯВАНЕ на фосилните горива ..
А те - Прогнозите - за близкото бъдеще - СА ТОЧНО ОБРАТНИТЕ..
Не знам Вие, какъв кремълски сайт ползвате , но и ДЕЙСТВИТЕЛНОСТТА , подкрепя прогнозите - използването на фосилни горива - природен газ, нефт, въглища - се увеличава в света!
Когато във все по малки батерии се натъпква все повече енергия краят на въглеводородите все повече ще наближава ТОЧКА
До коментар [#6] от "Simeon Beloreshki":
Според мен смесвате две неща : едното е техническата възможност , другото е дали се прави.
Дали е скъпо или евтино , изгодно или не е въпрос на финансова рамка. Ако в един момент стане трудно увеличаването на добива (а то вече става поради реч причини) рециклирането ще е е единствената алтернатива.
Още нещо, това че оловото се рециклира на 90%, но добива продължава да расте е същата което съм написал - това ще стане в един момент когато се задоволи първоначалното търсене породено от батериите.
Кога ще стане , не знам . Дали ще стане въобще, това е повече от сигурно.
--------------------
Не виждам, нещо да съм смесил .. колкото и да си преглеждах мнението ..
ДАВАМ факти, не знам Вие дали го разбирате , че В МОМЕНТА БАТЕРИИТЕ СЕ РЕЦИКЛИРАТ ПОД 1%..
Та това са ФАКТИТЕ, които съм споменал .. не е зле , обаче и да поразсъждаваме.. да, ако се хвърлят ресурси, има научни изследвания и т.н. сигурно може да се създадат технологии и да се РЕЦИКЛИРА ВСИЧКО..
Включително и тези 65 елемента, дето ги има в чиповете..
Но КОМУ Е НУЖНО?
Ако хвърлим безкрай ресурси - сигирно е възможно да се рециклират и кърпят безкрай обувките на всеки и с някаква технология да се подновяват почти до чисто нови.
Но биха били 20 пъти по-скъпи, да речем.
И кой човек, в нормално психично здраве, ще си рециклира безкрайно обувките, вместо да си купи нови?
Може би, примерът не беше подходящ ..
--------------
Но да се върнем към основното.
ТОВА СА ФАКТИТЕ .. батериите се рециклират ПОД 1%..
Ако някой извади пари и даде - може би и ще стане 30%.. 60% и т.н. .. тука се съгласявам!
П.П
А сайта дето ползвам за данни добър ли е, или ще ме пристрасти ?
Нов коментар
За да публикувате коментари,
трябва да сте регистриран потребител.