Od początku rozwoju energetyki wiatrowej i słonecznej nieustannie słyszymy o szybkich postępach technologii magazynowania energii elektrycznej, które już niedługo mają rozwiązać problemy związane z niestabilnością produkcji energii przez farmy wiatrowe i słoneczne. Jednym z rozwiązań, z którymi wiąże się najwięcej nadziei, są ogromne zespoły ogniw litowo-jonowych, które mają być zdolne składować „darmową i obfitą” energię z wiatru i Słońca pozyskiwaną w okresach, kiedy Słońce świeci, a wiatr wieje z (odpowiednią) prędkością. Energia gromadzona w tych potężnych, przemysłowej skali systemach akumulatorów ma być następnie uwalniana — przy zerowym koszcie dla odbiorców energii — aby zaopatrzyć w energię gospodarstwa domowe i podmioty gospodarcze dokładnie wtedy, kiedy jej potrzebują.
Jak na razie możliwości owych przemysłowej skali baterii są bardzo ograniczone, a ich zastosowanie do stabilizacji całych sieci energetycznych pozostaje kwestią nieokreślonej przyszłości. W 2017 r. rząd Australii Południowej, stanu zwanego ojczyzną energetyki wiatrowej w Australii, wyrzucił w błoto 150 milionów dol. australijskich na zakup tego rodzaju urządzeń produkcji koncernu Elona Muska. W intencji polityków miały one przyczynić się w istotny sposób do stabilizacji lokalnej sieci energetycznej, a w rzeczywistości były w stanie zapewnić energię elektryczną na wymaganym poziomie jedynie przez cztery minuty. [1]
fot. magazyny energii w Australii Południowej
Seria eksplozji w Korei Południowej
Dużo mniej znanym problemem technologii akumulatorów litowo-jonowych jest ich silna podatność na awarie powodujące samoczynne pożary, które wiążą się z uwalnianiem dużych ilości groźnych zanieczyszczeń do powietrza. W okresie półtora roku, w latach 2018-2019, w Korei Południowej miały miejsce 23 pożary przemysłowych systemów akumulatorów litowo-jonowych. Niedawny artykuł opublikowany w IHS Markit, globalnym serwisie informacji gospodarczych, informuje, że w ostatnich miesiącach w Korei doszło do dalszych pięciu pożarów tych potężnych urządzeń. [2]
Jak podały media koreańskie, większość z tych pożarów dotyczyła akumulatorów wykorzystywanych w instalacjach OZE. Jak wynika przynajmniej pośrednio z artykułu serwisu IRS Markit, główną przyczyną pożarów było ich „agresywne wykorzystywanie” w związku z próbami magazynowania produkcji farm wiatrowych. Z uwagi na niestabilną pracę farm wiatrowych baterie są w ciągu dnia ładowane i rozładowywane, co nadmiernie je obciąża i zapewne powoduje przegrzewanie się baterii, a w konsekwencji samozapłon.
Wobec ryzyka dalszych eksplozji/pożarów rząd Korei Południowej zasadniczo wstrzymał instalację nowych systemów baterii, a także zażądał od ich operatorów, by ograniczyli ich eksploatację. Cytowany przez IRS Markit „lider składowania energii w regionie Azji i Pacyfiku” ocenił, że wypadki w Korei miały „katastrofalne skutki”, a w ich wyniku „zamarła działalność całej koreańskiej branży ESS [tj. systemów magazynowania energii].
Problem pożarów systemów akumulatorów litowo-jonowych nie ogranicza się tylko do Korei Południowej. W kwietniu 2019 r. eksplozja zniszczyła tego rodzaju zakład w pobliżu Phoenix w Arizonie. Kilku strażaków znalazło się w szpitalu. Do tej pory nie udało się ustalić przyczyn tej katastrofy. Producent urządzenia wstrzymał realizację inwestycji dotyczącej systemu magazynowania energii o pojemności 850 MW — która miała być największą inwestycją tego typu w USA do chwili obecnej.
Toksyczna chmura nad Brukselą
Pożary systemów akumulatorów wiążą się z uwolnieniem potężnej ilości wysoce toksycznych zanieczyszczeń. Jak pisze IRS Markit, w przypadku eksplozji w Arizonie z płonących akumulatorów uwolnił się „wysoce toksyczny kwas fluorowodorowy, cyjanek i inne gazy”.
W listopadzie 2017 r. doszło do eksplozji i pożaru magazynu energii znajdującego się w obrębie elektrowni położonej w bezpośrednim sąsiedztwie granic miejskich Brukseli. [3] W wyniku pożaru na Brukselą pojawiła się chmura toksycznych spalin. Tysiące ludzi zmuszonych było pozostać w domach. Testowano system akumulatorów, który miał służyć do magazynowania energii elektrycznej pochodzącej z farm wiatrowych w Belgii. Testy zakończyły się eksplozją po niespełna miesiącu.
Parę miesięcy wcześniej, w lipcu 2017 r., koncern ENGIE (który dotychczas eksploatował głównie elektrownie atomowe) dumnie zapowiadał [4], że we wspomnianej elektrowni ma być zainstalowany pierwszy przemysłowy system magazynowania energii w Belgii (20 MWh), co stanowić będzie krok milowy, jeśli idzie o wykorzystanie energii z wiatru w tym kraju. Planowane uruchomienie obiektu miało nastąpić w październiku tego roku. W informacjach podanych przez władze belgijskie nie wskazano, jakie zanieczyszczenia i w jakich ilościach pojawiły się w powietrzu w wyniku eksplozji baterii.
Rekomendacje ekspertów i cykl życia baterii
Eksperci badający przyczyny serii eksplozji / pożarów w Korei Południowej uznali, że jedną z głównych przyczyn były „agresywny” cykl codziennego pełnego rozładowywania i naładowywania akumulatorów, stosowany przez operatorów tych urządzeń. Taki system eksploatacji umożliwia zastosowanie systemów akumulatorów w powiązaniu z indywidualnymi farmami wiatrowymi — składowanie w akumulatorach pozwala „przenieść” wytworzoną energię na okres większego zapotrzebowania na energię elektryczną (szczyt poranny i szczyt wieczorny zapotrzebowania).
W USA systemy akumulatorów wykorzystywano do tej pory do mniej wymagających zadań, to jest do szybkiej regulacji częstotliwości w sieci, co nie wymaga tak agresywnego cyklu przeładowywania baterii. Jednak obecnie amerykańscy deweloperzy akumulatorowych obiektów magazynowania energii co raz częściej lokują je obok elektrowni solarnych — twierdząc, że umożliwi im to dostarczanie energii w godzinach o największym zapotrzebowaniu na energię (późne popołudnie i wieczór). Analogiczne plany dotyczą współpracy z farmami wiatrowymi.
Stosowanie agresywnych cykli rozładowywania/ładowania baterii jest przyczyną nie tylko eksplozji, ale i znacznie skróca i tak krótki okres eksploatacji tych urządzeń (a więc i koszty „energii odnawialnej”). Badacze z amerykańskiego Narodowego Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL) wskazali już w 2017 r., że okres przydatności baterii wykorzystywanych do zastosowań w skali przemysłowej wynosi tylko siedem lat. Mniej intensywne wykorzystanie akumulatorów może przedłużyć okres eksploatacji tych systemów do 10 lat.
Oczywiście dalszy postęp technologiczny — na finansowanie którego przeznaczane są ogromne środki publiczne i prywatne — może ograniczyć niektóre z obecnych problemów wiążących się z wykorzystaniem akumulatorów jonowo-litowych do stabilizacji dostaw energii elektrycznej z farm wiatrowych, przynajmniej na poziomie „współpracy” z jednostkowymi farma wiatrowymi. Nie zmienia to jednak faktu, że magazynowanie energii w bateriach jest próbą rozwiązania problemu, który wszyscy doskonale znają, a który nazywa się chaotyczna i niesterowalna praca OZE. Zamiast porzucić mrzonki, że OZE da się stabilizować – obojętnie z użyciem jakiej technologii, lepiej jest skoncentrować się na rozwijaniu istniejących technologii w energetyce węglowej czy jądrowej. Stabilne OZE to niezwykle kosztowne i szkodliwe rojenia, wynikające z braku wiedzy o elementarnych prawach fizyki.
Tłumaczenie, opracowanie i komentarz
Redakcja stopwiatrakom.eu
Przypisy:
[2] Jim Day, „Aggressive load-shifting could increase battery fire risk- investigators”, IHS Markit, https://ihsmarkit.com/research-analysis/aggressive-loadshifting-could-increase-battery-fire-risk-inves.html - publ. z 06.02.2020 r.
[3] Marc Deroover, Bruksela, https://www.wind-watch.org/news/2017/11/12/wind-power-backup-and-storage-batteries-explode-into-flames-and-send-a-toxic-cloud-over-the-city-of-brussels/ publ. 12.11.2017 r.
[4] https://corporate.engie.be/en/drogenbos-to-store-renewable-energy-on-a-large-scale/ - publ. 10.07.2017 r.