Plány největší německé továrny na výrobu baterií pro elektromobily v Kaiserslauternu pokročily poté, co se německý výrobce automobilů Opel zavázal investovat 2 miliardy eur. Plán je do roku 2024 vyrábět celkem 500 000 baterií ročně. S informací přišlo německé ministerstvo energetiky.
Německý automobilový výrobce Opel, součást francouzské skupiny PSA, plánuje od roku 2024 vyrábět až 500 000 baterií pro elektromobily ročně. Opel hodlá do továrny investovat celkem 2 miliardy eur (50 miliard korun).
Nová továrna, která vyroste u německého Kaiserslauternu, je společný projekt společnosti Opel a Saft, vlastněné společností Total. V nové továrně má probíhat výroba nových lithium-iontových bateriových článků, jejichž vývoj a výzkum probíhá v továrně společnosti Saft ve francouském Nersac.
Úspěch v Nersacu by spustil investice do velkých výrobních továren v severním francouzském regionu Hauts-de-France . Počáteční výroba by se měla pohybovat na 8 GWh ročně, ale postupně má růst až na 24 GWh ročně.
Celková výrobní kapacita je stanovena na 48 GWh ročně do roku 2030. To odpovídá 1 milionu baterií ročně, což je přibližně 10 až 15 % evropského trhu, jak uvedla společnost Total. Odhaduje se, že evropský trh s bateriemi pro elektromobily dosáhne v roce 2030 přibližně 400 GWh. To je 15násobek současných potřeb, což odpovídá více než 7 milionům elektromobilů.
Evropská komise v prosinci schválila státní podporu ve výši 3,2 miliardy eur (80 miliard korun) pro panevropský výzkumný a inovační projekt ve všech segmentech výrobního řetězce baterií. Továrna v Kaiserslauternu očekává, že z těchto prostředků EU a ze státních prostředků obdrží 1,3 miliardy eur (33 miliard korun).

Čistá mobilita

Největší německá továrna na baterie pro elektromobily začíná získávat obrysy

Baterie jsou díky své přítomnosti v mobilních telefonech a dalších zařízeních běžnou součástí každodenního života, v posledních letech však s rozvojem obnovitelných zdrojů a elektromobility začínají čím dál více pronikat i na pole energetiky. <a href="https://www.monash.edu/news/articles/supercharging-tomorrow-australia-first-to-test-new-lithium-batteries" target="_blank" rel="noopener">Australští vědci nyní představili novou lithium-sírovou baterii</a>, která má oproti podobným bateriím nabídnout vyšší životnost a ve srovnání v současné době běžně užívanými bateriemi více než čtyřnásobnou kapacitu.
Lithium-sírové (Li-S) baterie jsou v hledáčků vědců již delší dobu, jelikož oproti současným lithium-iontovým bateriím na trhu nabízí několikanásobně vyšší kapacitu. Jejich rozšíření však zatím brání relativně krátká životnost spojená s jejich rychlou degradací.
Vědci z australské Monash University nyní představili novou lithium sírovou baterii, která by měla být schopná vyššímu zatížení odolávat bez významného poklesu kapacity. Podle vědců by nová baterie, která je na pokraji komercionalizace, měla mít potenciál napájet přenosná zařízení po dobu několika dní či umožnit elektromobilům na jedno nabití ujet i více než 1000 km.
<blockquote>„Úspěšná výroba a implementace Li-S baterií v automobilech a energetických sítích zachytí významnější část hodnotového řetězce australského lithia odhadovaného na 213 miliard dolarů a bude revolucí na australském trhu s automobily a poskytne všem Australanům čistší a spolehlivější energetický trh,“ uvedl spoluautor baterie Mainak Majumder.</blockquote>
Díky lákavým parametrům, spolu s nízkými výrobními náklady, dostatkem surovin pro výrobu těchto baterií a jednodušším výrobním cyklem, by nové baterie měli být podle vědců dostatečně atraktivní pro budoucí aplikace.
Vědci již získali pro svůj výrobní proces patent a prototypy článků nechali zhotovit u německého Fraunhoferova institutu. O technologii projevilo zájem již několik z největších světových výrobců lithium-iontových baterií, přičemž další testování má probíhat na začátku letošního roku v Austrálii.
<blockquote>„Nejenže tento přístup upřednostňuje vysoce výkonné metriky a dlouhou životnost, ale je také jednoduchý a extrémně levný na výrobu pomocí procesů založených na vodě a může vést k významnému snížení objemu odpadu nebezpečného pro životní prostředí,“ říká další spoluautor projektu Matthew Hill.</blockquote>

Akumulace energie

Australští vědci vyvinuli novou baterii, jejíž kapacita čtyřnásobně překonává běžně užívané baterie

Německý síťový regulátor v pátek 20. prosince <a href="https://www.bundesnetzagentur.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/DE/2019/20191220_NEP.html?nn=265778">schválil plán rozvoje přenosové soustavy pro roky 2019-2030</a>. Plán nově zohledňuje německý odklon od uhlí, zahrnuje téměř 3600 km nových linek a počítá s využitím bateriových systémů pro řízení soustavy.
Plán rozvoje přenosové soustavy (Netzentwicklungsplan – NEP) je pravidelně schvalován německým síťovým regulátorem a slouží jako návrh pro tzv. Bundesbedarfsplan, který je základem pro zákonné ustanovení potřebných linek přenosové soustavy schvalovaných Německým spolkovým sněmem (Bundestag).
<blockquote>„Poprvé byl jako základ plánu rozvoje přenosové soustavy 2019-2030 použit cíl spolkové vlády zvýšit podíl obnovitelných zdrojů energie na 65 % do roku 2030. Zároveň jsme zohlednili dlouhodobé účinky postupného vyřazování uhlí z hlediska toho, zda opatření na rozšíření sítě budou nezbytná i po úplném vyřazení uhlí v roce 2038,“ vysvětluje Jochen Homann, prezident německého síťového regulátora (Bundesnetzagentur – BNetzA).</blockquote>
<h2>Plán rozvoje sítě zahrnuje potřebu nových vedení</h2>
NEP 2019-2030 zahrnuje oproti platnému Bundesbedarfsplanu téměř 3 600 kilometrů dodatečných linek, z nichž většina je plánována na posílení stávajících vedení. BNetza potvrdila celkem 74 nových opatření. Jedním z nich je například do roku 2030 zřízení dodatečné stejnosměrné vysokonapěťové linky vedoucí ze Šlesvicka-Holštýnska přes Dolní Sasko do Severního Porýní-Vestfálska. Hlavním účelem tohoto opatření je zejména přenos elektřiny vyrobené ve větrných elektrárnách v severním Německu do středisek spotřeby na jihu Německa.
<blockquote>„Navzdory zohlednění opatření pro optimalizaci sítě, jako jsou monitoring nadzemních vedení a inovativní technologické přístupy, je zapotřebí dalšího rozšíření sítě, aby se dosáhlo cíle spolkové vlády zvýšit podíl obnovitelných zdrojů energie na hrubé spotřebě elektřiny do roku 2030 na 65 %,“ <a href="https://www.bundesnetzagentur.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/DE/2019/20191220_NEP.html?nn=265778">uvádí BNetzA ve své tiskové zprávě</a>.</blockquote>
<h2>Využití bateriových systémů bylo schváleno regulátorem</h2>
Němečtí provozovatelé přenosové soustavy poprvé poprvé navrhli inovativní prostředky pro provoz soustavy, <a href="https://oenergetice.cz/prenos-elektriny/nemecti-sitovi-provozovatele-planuji-vystavbu-obrich-baterii-vykonem-odpovidajicim-jadernemu-bloku">jako jsou obří bateriové systémy, tzv. Netzboostery</a>, a BNetzA jejich využití schválil. Následovat bude ověření jejich využití pro dané účely skrze dva pilotní projekty. Prvním z nich je kombinace dvou bateriových systémů o výkonu 100 MW a kapacitě 100 MWh na severu a na jihu Německa. Druhým pilotním projektem je kombinace 250MW řiditelné tepelné zátěže a bateriového systému o stejném výkonu a kapacitě 250 MWh, mimo řiditelné zátěže má tento projekt ověřit i zapojení větrných elektráren.
Využití Netzboosterů představuje reaktivní přístup k provoznímu řízení přenosové soustavy. To znamená, že k jejich využití by došlo až v případě, pokud by nastalo přetížení nebo dokonce selhání důležitého prvku soustavy – vedení, transformátoru nebo elektrárny. Dosavadní opatření, jakými jsou například <a href="https://oenergetice.cz/prenos-elektriny/Spolehlivost%20dod%C3%A1vek%20na%20jihu%20N%C4%9Bmecka%20zajist%C3%AD%20nov%C3%A9%20syst%C3%A9mov%C3%A9%20elektr%C3%A1rny.%20Suplovat%20budou%20stagnuj%C3%ADc%C3%AD%20v%C3%BDstavbu%20veden%C3%AD">nově stavěné systémové plynové elektrárny</a>, vždy počítala s preventivním nasazením.
Baterie umožňují reaktivní nasazení díky své schopnosti dodat plný výkon do soustavy již během desetin sekundy. Udržování bezpečnosti sítě je tak prováděno ve velmi krátkém časovém okamžiku vypnutím regulovatelných výrobních zařízení nebo zapnutím ovladatelných spotřebičů před úzkým místem v soustavě (přetížený prvek) a dodáním odpovídajícího výkonu z baterií, které lze odpovídajícím způsobem aktivovat za úzkým místem.
<h2>Plán zohledňuje německý odklon od uhlí</h2>
Nový plán zohledňuje rovněž závěry německé uhelné komise, která 26. ledna stanovila harmonogram odstavování uhelných elektráren a <a href="https://oenergetice.cz/nemecko/uhelna-komise-rozhodla-nemecko-odstavi-uhelne-elektrarny-nejpozdeji-roce-2038/">rok 2038 jako konečné datum výroby elektřiny z uhlí</a>. Aby se zohlednil dlouhodobý účinek kompletního odstavení uhelných elektráren, byl nad rámec dosavadních scénářů s časovým horizontem do roku 2030 vytvořen dodatečný scénář zohledňující vývoj do roku 2038, kdy budou veškeré uhelné elektrárny odstaveny
<h2>Rozsáhlá účast veřejnosti</h2>
V rámci opatření zavedených v akčním plánu pro řešení nedostatečného rozvoje přenosové soustavy (Aktionsplan Stromnetz) německá vláda jako jednu z cest pro urychlení výstavby nových vedení kladla důraz na užší spolupráci jednotlivých spolkových zemí, spolkových ministerstev a dalších aktérů. Do rozhodování o rozvoji tak byly zapojeny správní úřady, ale i sdružení a občané.
Posouzení potřeb a přípravě zprávy vlivu na životního prostředí předcházelo deset týdnů účasti veřejnosti. V rámci této konzultace BNetzA obdržel přes 800 prohlášení. Všechna prohlášení byla zaznamenána z hlediska obsahu, vyhodnocena a argumenty byly zkontrolovány z hlediska jejich relevantnosti pro rozhodování. BNetzA konzultace doplnil o několik informačních událostí po celém Německu.
Plán rozvoje přenosové soustavy pro roky 2019-2030 je <a href="https://data.netzausbau.de/2030-2019/NEP/NEP2019-2030_Bestaetigung.pdf">dostupný zde</a>.

Německo

Německý regulátor schválil nový plán rozvoje přenosové soustavy. Počítá s využitím baterií jako náhrady redispečinku

Ceny baterií byly v roce 2010 vyšší než 1 100 amerických dolarů za kWh. V roce 2019 dosahovaly ceny 156 USD/kWh (přibližně 3 594 Kč/kWh). V reálných hodnotách tak za 9 let klesly o 87 %. Podle predikcí <a href="https://about.bnef.com/blog/battery-pack-prices-fall-as-market-ramps-up-with-market-average-at-156-kwh-in-2019/">Bloomberg NEF</a> budou ceny baterií klesat i nadále a v roce 2023 dosáhnou přibližně 100 USD/kWh (přibližně 2 305 Kč/kWh). 
Pokles ceny baterií v roce 2019 je způsoben rostoucím objemem objednávek, rostoucími prodeji elektromobilů a pokračujícím pronikáním katod s vysokou energetickou hustotou. Zavádění nových designů balení a klesající výrobní náklady v krátkodobém horizontu povedou k dalšímu poklesu nákladů.
<figure id="attachment_78608" class="wp-caption aligncenter" style="width: 674px;"><img class="size-full wp-image-78608" src="https://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2019/12/trh-s-bateriem.png" sizes="(max-width: 674px) 100vw, 674px" srcset="https://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2019/12/trh-s-bateriem.png 674w, https://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2019/12/trh-s-bateriem-512x242.png 512w" alt="" width="674" height="318" /><figcaption class="wp-caption-text">Roční velikost trhu s li-on bateriemi. Zdoj: Bloomberg NEF</figcaption></figure>
Bloomberg NEF v úterý 3. 12. 2019 na konferenci v Šanghaji zveřejnil zprávu s názvem 2019 Battery Price Survey, podle které dojde při překonání kumulativní poptávky v objemu 2 TWh v roce 2024 k poklesu cen pod 100 USD/kWh (přibližně 2 305 Kč/kWh). Tato cena je přitom vnímána jako zlomový bod, kdy elektromobily dosáhnou stejných cen jako vozidla se spalovacími motory. Jsou zde ovšem rozdíly mezi regiony, kde jsou vozidla prodávána, a také mezi druhy vozidel.
<blockquote>„Podle našich předpovědí bude mít trh s bateriemi v roce 2030 hodnotu 116 miliard dolarů (cca 2,7 bilionu korun) ročně, tato hodnota přitom nezahrnuje investice do dodávkového řetězce. Nicméně s poklesem cen článků a balení kupující získají vyšší hodnotu za jejich peníze, než dostanou dnes,“ uvedl James Frith, seniorní analytik Bloomberg NEF a autor zprávy.</blockquote>
S rostoucí výrobou elektromobilů u různých výrobců vozidel dochází k zjednodušení designu balení a standardizaci baterií napříč různými modely elektromobilů. To pak vede k možnosti zvětšit výrobu baterií.
<h2>Poptávka po elektromobilech v Evropě roste</h2>
Dalším závěrem zprávy je, že s klesajícími náklady baterií roste elektrifikace sektorů. Například elektrifikace komerčních vozidel, jako jsou například dodávky, je čím dál tím atraktivnější. Ceny baterií ovšem i nadále zůstávají nejdůležitější pro <a href="https://oenergetice.cz/elektromobilita/praha-si-necha-vypracovat-koncepci-rozmisteni-dobijecek-pro-elektromobily/">osobní elektromobily</a> a jejich pokles je klíčový pro rozvoj tohoto sektoru.
Poptávka po elektromobilech v Evropě roste a dodávkové řetězce se mění. Čím dál tím více výrobců baterií v Evropě staví své <a href="https://oenergetice.cz/elektromobilita/tesla-bude-baterie-elektromobily-vyrabet-nemecku-gigafactory-postavi-nedaleko-berlina/">továrny</a>. To následně vede k dalšímu poklesu nákladů spojených s importem článků ze zámoří.

BloombergNEF: Ceny baterií klesly od roku 2010 o 87 %, klesat budou i nadále

Přestože se technologie akumulace elektrické energie, v posledních letech s lithium-iontovými bateriemi v čele, neustále vyvíjí, dlouhá doba dobíjení baterií je stále jednou z překážek pro jejich širší uplatnění v automobilovém průmyslu. Vědci z americké národní laboratoře nyní představili nový mechanismus, který by měl zkrátit dobu nabíjení Li-ion baterií na polovinu, aniž by došlo k jejich urychlené degradaci.
Dlouhá doba dobíjení baterií je jedním z hlavních neduhů vozidel s elektrickým pohonem. Vědci z Národní laboratoře Argonne, spadající pod americké ministerstvo energetiky, <a href="https://www.anl.gov/article/shedding-new-light-on-the-charging-of-lithiumion-batteries" target="_blank" rel="noopener">nyní představili nový mechanismus</a> pro urychlení nabíjení lithium-iontových baterií.
K výraznému zkrácení doby dobíjení, a to až na méně než polovinu, stačilo podle vědců jediné – vystavit katodu paprsku koncentrovaného světla (například bílého světla z xenonové lampy). Pokud by se technologii podařilo dostat na trh, mohla by podle vědců znamenat převrat na poli elektromobility.
<blockquote>„Předpokládali jsme, že během nabíjení bude bílé světlo interagovat příznivě s typickým materiálem katody, což se ukázalo jako pravdivé při našich testech článků,“ uvedl Christopher Johnson, spoluautor výzkumu.</blockquote>
Klíčovým prvkem výzkumu byla interakce mezi světlem a materiálem katody, která byla vyrobena z chemické sloučeniny LiMn2O4. Při osvětlení katody během dobíjení mangan absorbuje fotony z dopadajícího světla, čímž mění svou formu z trivalentní na tetravalentní. V důsledku se lithiové ionty z katody uvolňují výrazně rychleji než bez této excitace
<blockquote>„Naše testy článků prokázaly, že se zapnutým světlem došlo ke zkrácení doby nabíjení na polovinu. Chtěli jsme výrazně zkrátit tuto nabíjecí reakci bez poškození elektrod vlivem zvýšeného toku elektrického proudu,“ dovává Johnson.</blockquote>
Úvodní fotografie: Vizualizace fotoexcitace pro rychlé dobíjení lithium-iontových baterii. Zdroj: Argonne National Laboratory

Američtí vědci našli nový způsob, jak zkrátit dobu nabíjení Li-ion baterií na polovinu

Lithiové baterie, které pohání řadu elektronických zařízení, jsou dnes běžnou součástí každodenního života. Přestože se jedná o relativně moderní vynález starý teprve několik desítek let, za tuto dobu technologie urazila velký kus cesty a našla si své místo i v energetice v podobě bateriových systémů pro akumulaci elektrické energie. Není tak divu, že <a href="https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2019/press-release/" target="_blank" rel="noopener">letošní Nobelovu cenu za chemii obdržela trojice vědců</a>, která stála u jejich zrodu.
Lithium-iontové baterie jsou klíčovou součástí přenosné elektroniky, stejně tak se v posledních letech uplatňují na poli elektromobility či v oblasti akumulace elektrické energie. S rostoucím důrazem na rozvoj obnovitelných zdrojů stoupá u význam akumulace, ve které se lithiové baterie uplatňují stále více.
Počátky technologie lithium-iontových baterií se datují do období ropné krize v 70. letech minulého století. Vědec Stanley Whittingham tehdy pracoval na vývoji metod, které by vedly k energetickým technologiím nezávislým na fosilních palivech.
Při výzkumu supervodičů narazil na unikátní materiál, který využil k výrobě inovativní katody pro lithium-iontovou baterii. Tímto materiálem byl sulfid titaničitý, který na molekulární úrovni dokáže pojmout lithiové ionty. Výsledkem byla baterie, jejíž anoda byla částečně tvořena lithiem, které snadno uvolňuje elektrony. Článek tak poskytoval relativně vysoké napětí 2 V, avšak kovové lithium je vysoce reaktivní, a baterie byla vzhledem ke své výbušnosti prakticky nepoužitelná.
K dalšímu rozvoji lithiových baterií přispěl John Goodenough, který předpověděl, že baterie by mohla poskytnout ještě vyšší napětí, pokud by pro výrobu katody byl namísto sulfidu využit oxid. Po systematickém výzkumu představil v roce 1980 článek, který s využitím oxidu kobaltnatého dokázal vyvinout napětí až 4 V. Tento významný průlom dal vzniknout ještě výkonnějším bateriím.
Na práci Johna Goodenougha později navázal vědec Akira Yoshino, který v roce 1985 stvořil první komerčně využitelnou lithium-iontovou baterii. Místo vysoce reaktivního lithia využil pro výrobu anody ropný koks, který stejně jako oxidu kobaltnatý v katodě dokáže snadno přijímat lithiové ionty.
Vědci tak svou prací dokázali vytvořit relativně lehkou a odolnou baterii, která zvládne stovky nabíjecích cyklů, než její výkonnost začne upadat. Kromě prestižního ocenění si vědci mezi sebou rozdělí rovným dílem 9 milionů Švédských korun, tedy zhruba 21,5 milionů Kč.

Letošní Nobelovu cenu za chemii obdrželi vědci, kteří stáli u zrodu lithium-iontových baterií

Podle aktuálních předpovědí <a href="https://about.bnef.com/blog/energy-storage-investments-boom-battery-costs-halve-next-decade/?sf106260386=1">BloombergNEF</a> vzroste globální výkon světových bateriových úložišť energie do roku 2040 více než stonásobně. V roce 2018 byla instalována úložiště na úrovni 9 GW/17 GWh a očekávání jsou, že v roce 2040 to bude 1 095 GW/2 850 GWh. Nárůst bude způsoben poklesem nákladů li-on baterií, ale také rostoucím podílem solárních a větrných elektráren.
Výzkumná společnost BloombergNEF předpokládá, že do roku 2040 vzroste výkon i kapacita světových úložišť energie více než stonásobně na 1 095 GW/2 850 GWh ze stávajících 9 GW/17 GWh. Toto zvýšení bude podle odhadů BNEF vyžadovat investice v objemu 662 miliard USD (přibližně 15,2 bilionu korun).
<h2>Náklady li-on baterií budou dále klesat</h2>
Nárůst bude kromě jiného umožněn dalším poklesem <a href="https://oenergetice.cz/akumulace-energie/navigant-research-cena-li-ion-baterii-bude-nadale-klesat-pomalejsim-tempem/">ceny li-on baterií</a>, u kterých už doposud došlo k významnému snížení. V období 2010-2018 náklady na instalaci li-on baterií poklesly o 85 %. <a href="https://oenergetice.cz/akumulace-energie/bnef-konkurenceschopnost-nizkouhlikovych-technologii-se-neustale-zvysuje/">BNEF</a> ve své predikci očekává, že bude cena li-on baterií do roku 2030 snížena o polovinu. Zároveň je bráno v potaz větší rozšíření solárních a větrných elektráren, než je tomu v současnosti.
Podle analýzy <a href="https://oenergetice.cz/technologie/hodnoceni-zemi-od-bnef-odhaluje-modely-prumyslove-digitalizace-ve-svete/">BNEF</a> budou baterie využívány v čím dál tím více případech. Mezi konkrétní případy patří uspokojení špičkové poptávky, nebo způsob, jakým by spotřebitelé šetřili za energii – kupováním elektřiny v době, kdy je levnější a jejím využíváním později podle jejich preferencí.
<h2>Největšími trhy budou Čína a USA</h2>
Pouze 10 zemí je na cestě k tomu, aby tvořily téměř tři čtvrtiny globálního trhu s úložnými systémy. Jižní Korea je největším trhem v roce 2019, ale brzy bude předehnána Čínou a USA. Dalšími velkými trhy jsou Indie, Německo, latinská Amerika, jihovýchodní Asie, Francie, Austrálie a Spojené království.
<figure id="attachment_74320" class="wp-caption aligncenter" style="width: 735px;"><img class="size-full wp-image-74320" src="https://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2019/07/BNEF-baterie-ve-světě.png" sizes="(max-width: 735px) 100vw, 735px" srcset="https://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2019/07/BNEF-baterie-ve-světě.png 735w, https://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2019/07/BNEF-baterie-ve-světě-512x271.png 512w, https://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2019/07/BNEF-baterie-ve-světě-725x384.png 725w" alt="" width="735" height="389" /><figcaption class="wp-caption-text">Kumulativní instalovaný výkon v bateriových úložištích do roku 2040. Zdroj: BloombergNEF</figcaption></figure>
<h2>Baterie budou mít v budoucnu klíčovou roli</h2>
V současnosti probíhá zásadní energetický přechod v elektroenergetickém sektoru a dopravě. Klesající náklady větrných a solárních elektráren a bateriových systémů povedou k tomu, že větrné a solární elektrárny budou v roce 2040 mít na výrobě světové elektřiny podíl téměř 40 %. Zároveň by osobní elektromobily mohly tvořit až třetinu vozového parku v roce 2040.
Baterie podle BNEF umožní rostoucí podíl elektřiny vyráběné z obnovitelných zdrojů. Zároveň budou často voleny jako způsob, jak spárovat dynamickou nabídku a poptávku.

BNEF: Globální výkon bateriových systémů vzroste do roku 2040 více než stonásobně

Lithium-sírové baterie by se vzhledem k několikanásobně vyšší energetické hustotě ve srovnání s lithium-iontovými bateriemi mohly stát svatým grálem v oblasti akumulace elektrické energie. Jejich uplatnění nicméně zatím brání jejich krátká životnost. <a href="https://www.chalmers.se/en/departments/physics/news/Pages/Graphene_sponge_paves_the_way_for_future_batteries.aspx" target="_blank" rel="noopener">Vědci ze švédské univerzity však nyní přišli se slibným způsobem, jak tento problém vyřešit</a>.
Na technologie akumulace elektrické energie se s rozvojem obnovitelných zdrojů a elektromobility upíná stále větší pozornost. Pro pokrytí neustále rostoucích potřeb akumulace tak bude nezbytné vyvíjet stále nové technologie. Možnou cestu nabízí i lithium-sírové baterie, které teoreticky dosahují až pětinásobně vyšší energetické hustoty než běžné lithium-iontové baterie.
Vědci ze švédské Technologické univerzity Chalmers přišli s inovativním nápadem využít aerogel vyrobený z redukovaného oxidu grafenu. Ten funguje jako jedna z elektrod a díky své porézní struktuře připomínající houbu umožňuje lepší využití síry.
<figure id="attachment_71518" class="wp-caption aligncenter" style="width: 750px;"><img class="size-full wp-image-71518" src="https://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2019/05/grafenovy-aerogel.jpg" sizes="(max-width: 706px) 89vw, (max-width: 767px) 82vw, 740px" srcset="https://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2019/05/grafenovy-aerogel.jpg 750w, https://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2019/05/grafenovy-aerogel-512x232.jpg 512w, https://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2019/05/grafenovy-aerogel-725x329.jpg 725w" alt="Grafenový aerogel. Zdroj: Chalmers University of Technology" width="750" height="340" /><figcaption class="wp-caption-text">Grafenový aerogel. Zdroj: Chalmers University of Technology</figcaption></figure>
Tradiční baterie se skládají ze čtyř základních částí – dvou elektrod (anody a katody), elektrolytu a separátoru, který slouží jako fyzická bariéra mezi elektrodami, ale umožňuje průchod iontů v elektrolytu.
Vědci již dříve experimentovali s využitím takzvaného katolytu, tedy kombinace katody a elektrolytu. Tento koncept by mohl pomoci snížit hmotnost baterií a zároveň nabídnout rychlejší nabíjení a vyšší výkon baterií. S vyvinutím nového grafenového aerogelu se tento koncept osvědčil a nabízí slibné výsledky.
<blockquote>„Vezmete aerogel, což je dlouhý tenký válec, a nakrájíte ho – skoro stejně jako salám. Poté vezmete plátek, stlačíte ho, aby se vešel do baterie,“ říká vedoucí studie Carmen Cavallo z katedry fyziky na Technologické univerzitě Chalmers.</blockquote>
<figure id="attachment_71519" class="wp-caption aligncenter" style="width: 750px;"><img class="size-full wp-image-71519" src="https://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2019/05/lithium-sirove-baterie-s-katolytem-a-grafenovym-aerogelem.jpg" sizes="(max-width: 706px) 89vw, (max-width: 767px) 82vw, 740px" srcset="https://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2019/05/lithium-sirove-baterie-s-katolytem-a-grafenovym-aerogelem.jpg 750w, https://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2019/05/lithium-sirove-baterie-s-katolytem-a-grafenovym-aerogelem-512x232.jpg 512w, https://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2019/05/lithium-sirove-baterie-s-katolytem-a-grafenovym-aerogelem-725x329.jpg 725w" alt="Lithium-sírová baterie s katolytem a grafenovým aerogelem. Zdroj: Chalmers University of Technology" width="750" height="340" /><figcaption class="wp-caption-text">Lithium-sírová baterie s katolytem a grafenovým aerogelem. Zdroj: Chalmers University of Technology</figcaption></figure>
<blockquote>„Porézní struktura grafenového aerogelu je klíčová. Nasákne do sebe velký objem katolytu, což vám zajistí dostatečné množství síry, aby koncept katolytu fungoval. Tento druh polotekutého katolytu je v tomto případě opravdu podstatný. Umožňuje, aby síra cyklovala tam a zpátky bez jakýchkoliv ztrát. Síra se tak neztrácí rozpouštěním, protože už je rozpuštěna v roztoku katolytu,“ dodává Carmen Cavallo.</blockquote>
<h2>Rostoucí potřeby akumulace si žádají nové technologie</h2>
V současné době jsou nejrozšířenějším typem baterií, které se využívají od mobilních telefonů po elektromobily, lithium-iontové baterie. Přestože i Li-ion baterie prochází neustálým vývojem, podle vědců se tato technologie již blíží svým teoretickým limitům.
Lithium-sírové baterie nabízí několik výhod, včetně výrazně vyšší energetické hustoty, což je klíčové zejména pro oblast elektromobility. Nejlepší Li-ion baterie na trhu podle vědců dosahují energetické hustoty 300 Wh/kg, přičemž jejich teoretický limit dosahuje 350 Wh/kg. Lithium-sírové baterie by přitom teoreticky mohly nabídnout 1000 až 1500 Wh/kg.
Hlavním problémem Li-S baterií zatím byla jejich nestabilita vedoucí ke krátké životnosti, což limituje jejich možné uplatnění na trhu. Nový prototyp švédských vědců si však i po 350 cyklech zachoval 85 % své původní kapacity.
Nový design tak řeší dva hlavní problémy s degradací Li-S baterií – rozpouštění síry do elektrolytu baterie a migraci molekul síry z katody na anodu. Využití aerogelu spolu s katolytem tyto nežádoucí efekty výrazně omezuje. Vědci nicméně uznávají, že cesta od prototypu k praktickým aplikacím bude ještě dlouhá.
<blockquote>„Jelikož tyto baterie jsou vyráběny jiným způsobem než většina běžných baterií, pro jejich komerční uplatnění bude potřeba vyvinout nové výrobní postupy,“ říká Aleksandar Matic, vedoucí výzkumné skupiny.</blockquote>

Problém s nestabilitou slibných lithium-sírových baterií může podle vědců vyřešit grafenová "houba"

Podle dat <a href="https://about.bnef.com/blog/battery-powers-latest-plunge-costs-threatens-coal-gas/">BloombergNEF</a> tzv. sdružená cena elektřiny (LCOE) li-ion baterií klesla od první poloviny roku 2018 o 35 %. Během uplynulé dekády došlo k významnému poklesu LCOE i dalších technologií, jako například větrných a solárních elektráren. Podle BloombergNEF to vede k tomu, že baterie umístěné v blízkosti solárních a větrných elektráren začínají na mnohých trzích konkurovat výrobě elektřiny z uhlí nebo zemního plynu v oblasti řiditelné výroby.
<h2>Ukazatel LCOE klesl v uplynulé dekádě o desítky procent</h2>
BloombergNEF připravil analýzu, která ukazuje, že tzv. sdružená cena elektřiny lithium-iontových <a href="https://oenergetice.cz/akumulace-energie/dalsi-krok-k-rozvoji-bateriovych-ulozist-vyrobci-si-mohou-pojistit-vykonnost/">baterií</a> klesla od první poloviny roku 2018 o 35 % na 187 USD (cca 4 282 korun). Sdružená cena elektřiny (anglicky levelized cost of electricity, LCOE) zohledňuje náklady vývoje, výroby/výstavby, financování, potřebných vstupů, provozu a údržby daného způsobu výroby elektřiny a je tak vhodným prostředkem ke srovnání nákladů jednotlivých technologií.
Kromě <a href="https://oenergetice.cz/akumulace-energie/recyklace-lithium-ion-baterii-uvod/">li-on baterií</a> ovšem poklesla sdružená cena elektřiny i jiných technologií. LCOE offshore větrných elektráren klesl o 24 % a větrných elektráren na pevnině o 10 % na 50 USD (cca 1 146 korun).  Fotovoltaické solární elektrárny dosáhly LCOE 57 USD (cca 1 305 korun) díky poklesu o 18 % oproti první polovině roku 2018.
<blockquote>„Pokud se ohlédneme za uplynulým desetiletím, tak bylo dosaženo ohromných zlepšení v cenové konkurenceschopnosti nízkouhlíkových možností. A to díky technologickým inovacím, úsporám z rozsahu, cenové konkurenci a zkušenostem s výrobou.“ 
Elena Giannakopoulou, ředitelka oddělení ekonomiky energetického odvětví v BloombergNEF</blockquote>
Dle analýz BloombergNEF LCOE za MWh onshore větrných elektráren klesly od roku 2010 o 49 %, offshore větrných elektráren o 56 % a fotovoltaických solárních elektráren o 84 %. Z dat pro li-on <a href="https://oenergetice.cz/prenos-elektriny/nemecti-sitovi-provozovatele-planuji-vystavbu-obrich-baterii-vykonem-odpovidajicim-jadernemu-bloku/">baterie</a>, která byla vytvořena na základě nákladů nedávných projektů a historických cen baterií, vyplývá, že jejich LCOE klesla o 76 % od roku 2012.
<h2>Ohrožují baterie a elektrárny na obnovitelné zdroje uhlí a plyn?</h2>
Právě zjištění o LCOE baterií jsou podle BloombergNEF nejzásadnější. Otevírají totiž nové příležitosti pro vyrovnání elektroenergetických mixů zatížených výrobou z obnovitelných zdrojů. Baterie, které jsou umístěné v blízkosti solárních a větrných elektráren, začínají na mnohých trzích konkurovat výrobě elektřiny z uhlí nebo zemního plynu v oblasti řiditelné výroby. Díky bateriím by se tak potlačila intermitence větrných a solárních elektráren. Tyto elektrárny by mohly flexibilně reagovat na měnící se poptávku bez ohledu na aktuální <a href="https://oenergetice.cz/obnovitelne-zdroje/australska-vlada-podpori-projekty-zlepseni-predpovedi-vyroby-vetrnych-solarnich-elektraren/">stav počasí</a>.
Analýza BloombergNEF proběhla na základě informací o reálných projektech a informacích o cenách od dodavatelů. Ve zkoumané databázi bylo více než 7 000 projektů pokrývajících oblast 20 technologií ve 46 zemích světa.

BNEF: Konkurenceschopnost nízkouhlíkových technologií se neustále zvyšuje

Němečtí provozovatelé přenosové soustavy chtějí v jižním a severním Německu do roku 2025 otestovat pět obřích akumulátorů. Tzv. Netzboostery, jak jsou tyto baterie nazývány, by měly umožnit vyšší využití stávajících vedení, snížit nároky na výstavbu nových vedení a uspořit výdaje za nákladný redispečink. Nyní je na německém regulátorovi, aby pilotní projekty na základě jejich přínosu a nákladů ve srovnání s jinými variantami řešení schválil.
S rekordními investicemi do lithium-iontových baterií chtějí němečtí provozovatelé přenosové soustavy (PPS) otestovat nové řešení umožňující vyšší využití stávající soustavy redukující nutnost výstavby nových vedení a využívání nákladného redispečinku. Do roku 2025 má být v jižním a severním Německu podle <a href="https://netzentwicklungsplan.de/de/netzentwicklungsplaene/netzentwicklungsplan-2030-2019">návrhu plánu pro rozvoj přenosové soustavy do roku 2030 (Netzentwicklungsplan 2030)</a> vybudováno pět takových úložišť neboli Netzboosterů.
Největší má být vybudován v obci Kupferzell v Bádensku-Württembersku. S výkonem 500 MW by se toto bateriové úložiště stalo pětkrát tak výkonné jako <a href="https://oenergetice.cz/akumulace-energie/baterie-tesly-jizni-australii-roste-podle-planu-provozu-jiz-poloviny-video/">úložiště vybudované Teslou nedaleko australského Adelaide</a>, které bylo v době jeho zprovoznění na konci roku 2017 považováno za největší na světě.
Dvě 300MW úložiště mají být vybudována v Bádensku-Württembersku nedaleko Stuttgartu a v Dolním Sasku západně od Hannoveru, další dvě 100MW úložiště potom východně od Mnichova a na severu nedaleko hranice s Dánskem. O kapacitě úložišť plány PPS nehovoří. Náklady na tato úložiště s celkovým výkonem 1 300 MW se odhadují ve výši přibližně 1,3 miliardy eur (cca 33 miliard korun), v případě, že by kapacita dosahovala 1 300 MWh.
Z dlouhodobého hlediska je hlavní myšlenkou umístit Netzboostery takovým způsobem, aby nebyly dedikovány jednomu úzkému místu v soustavě, ale aby vždy sloužily jako výkonová kompenzace pro velké množství potenciálních úzkých míst.
<figure id="attachment_60430" style="width: 379px" class="wp-caption aligncenter"><a href="https://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2019/02/Netzbooster_map.png"><img class="wp-image-60430 size-medium" src="https://oenergetice.cz/wp-content/uploads/2019/02/Netzbooster_map-379x512.png" alt="" width="379" height="512" /></a><figcaption class="wp-caption-text">Rozmístění bateriových úložišť (Netzbooster) v Německu dle návrhu <a href="https://netzentwicklungsplan.de/de/netzentwicklungsplaene/netzentwicklungsplan-2030-2019">plánu pro rozvoj přenosové soustavy do roku 2030</a> a jejich výkon.</figcaption></figure>
<h2>Baterie jako prostředek pro vyšší využití stávajících vedení</h2>
Němečtí PPS v plánech pro rozvoj soustavy řeší dlouhodobý problém Německa s výstavbou vedení, náš západní soused prozatím není schopen zajistit rozvoj přenosové soustavy adekvátní k rychlému rozvoji obnovitelných zdrojů energie (OZE). Od roku 2009 je plánována výstavba 7700 kilometrů přenosových vedení, které mají být dokončeny do roku 2025. Realizována byla do září loňského roku pouze jedna osmina.
Německá přenosová soustava je již dnes v severojižním směru zatěžována na hranici svých technických možností a vybudování páteřního severojižního propojení SuedLink, které bylo přeplánováno jako kompletně podzemní, <a href="https://oenergetice.cz/elektrina/suedlink-dokonceni-paterni-linky-vedeni-nemecka-odlozeno-na-2025/">nebude uskutečněno před rokem 2025</a>. Dle vyjádření obou zúčastněných provozovatelů je navíc tento termín realizovatelný pouze při dodržení „ambiciózního harmonogramu“.
Stále častěji nastává stav, kdy vysoká výroba z OZE v Německu, zejména z větrných elektráren na severu země, nemůže být přenesena ke spotřebitelům. Aby byla udržena stabilita soustavy a nedošlo k přetížení vedení, jsou němečtí PPS nuceni používat nákladná opatření, jako je redispečink. Podle německého síťového regulátora (Bundesnetzagentur &#8211; BNetzA) náklady na tyto zásahy v roce 2017 dosáhly nového rekordu ve výši 1,4 miliardy eur (36 mld. korun).
Pozn.: Redispečink představuje stav, kdy jsou (částečně) nasazeny místo původních zdrojů, které měly do sítě elektřinu dle merit order dodat (v Německu zejména větrné elektrárny ve špičce produkce), zdroje v jiném místě pro předejití přetížení elektrických vedení. Tato opatření jsou ovšem nákladná, jelikož je nutné odškodnit původní výrobce za nemožnost dodávky (části) energie do sítě, a zároveň zaplatit za vyrobenou elektřinu na místo nich nasazovaných zdrojů.
V plánech rozvoje přenosové soustavy provozovatelé pro dosažení cíle pro rok 2030 v podílu OZE na spotřebě elektřiny ve výši 65 % a zajištění odklonu od výroby elektřiny v jaderných elektrárnách a postupného odklonu od výroby elektřiny z uhlí navrhují výstavbu a obnovu dalších 4500 kilometrů vedení. Neustále však ze strany veřejnosti roste odpor k výstavbě nových nadzemních vedení.
<blockquote>
&#8222;Z důvodů akceptace ze strany veřejnosti a výše nákladů existují limity další výstavby vedení,&#8220; uvedl spolkový ministr hospodářství a energetiky Peter Altmaier vloni v září.
</blockquote>
Jedním ze dvou hlavních pilířů <a href="https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Downloads/A/aktionsplan-stromnetz.pdf?__blob=publicationFile">v srpnu představeného akčního plánu</a> pro řešení nedostatečného rozvoje přenosové soustavy (Aktionsplan Stromnetz) je tak zavedení opatření pro co nejvyšší možné využití stávajících vedení, jako je například výstavba PST (Phase Shifting) transformátorů pro rovnoměrnější zatížení soustavy, sledování využití jednotlivých vedení v reálném čase a nahrazení vodičů stávajících vedení. PPS nyní nově ve svém plánu přicházejí s využitím obřích bateriových úložišť.
Druhým pilířem akčního plánu jsou samotná opatření pro urychlení výstavby nových vedení zahrnující, mimo jiné, zjednodušení legislativních procesů nebo užší spolupráci jednotlivých spolkových zemí, spolkových ministerstev a PPS, kteří mají společně zkoumat příčiny zpoždění výstavby v konkrétních případech a společně pracovat na jejich odstranění.
<h2>Operativní aktivace redukující potřebu preventivních opatření</h2>
Co je ve skutečnosti nové v principu využití Netzboosterů ve srovnání s předchozími opatřeními, jakými jsou například <a href="Spolehlivost%20dodávek%20na%20jihu%20Německa%20zajistí%20nové%20systémové%20elektrárny.%20Suplovat%20budou%20stagnující%20výstavbu%20vedení">nově stavěné systémové plynové elektrárny,</a> je to, že jejich aktivace by nastala pouze v případě, když by došlo k selhání důležitého prvku soustavy – vedení, transformátoru nebo elektrárny. To je umožněno díky možnosti dodat jejich plný výkon do soustavy již během milisekund.
Přenosová soustava je provozována s tzv. bezpečnostním kritériem N-1, které zajišťuje zachování spolehlivého chodu přenosové soustavy i po výpadku jejího libovolného prvku. V případě výpadku dalšího prvku by však již mohla být ohroženy dodávky elektřiny.
Aktivace Netzboosterů po výpadku důležitého prvku soustavy zajistí opětovné splnění kritéria N-1. Díky velmi krátké reakční době Netzboosterů může být čas mezi poruchou a časem potřebným pro aktivaci konvenčních opatření jako spuštění nebo odstavení elektráren překlenut. To umožňuje účinněji využívat přenosovou síť a ušetřit na nákladech za preventivní opatření v podobě redispečinku.
<blockquote>
&#8222;Během několika vteřin nebo minut se jednotlivé linky přetíží, takže Netzbooster musí reagovat velmi rychle. S pomocí Netzboosterů by se snížila potřeba předem regulovat elektrárny a mohly by se lépe využít nevyužité rezervy v přenosové soustavě,&#8220; vysvětluje Christoph Maurer konzultant společnosti Consentec, který je spolutvůrcem konceptu.
</blockquote>
Ulf Häger z Technické univerzity v Dortmundu vidí nutnost v tom, aby provozovatelé sítí reagovali dostatečně rychle v případě nastalého výpadku prvku v soustavě. To by dle něj fungovalo pouze za předpokladu, že by všichni čtyři provozovatelé přenosové soustavy ještě úžeji spolupracovali. Návrh akčního plánu počítá s vytvořením společné koncepce provozu a automatizace, která by PPS pomohla reagovat na řadu různých incidentů.
Koncept však dosud nebyl testován, proto je zpočátku plánován zkušební provoz pilotních projektů. Nejprve však jejich využití musí potvrdit BNetzA a Spolkový sněm. Regulátor musí předně ověřit, zda neexistují levnější varianty této drahé technologie. Před experty BNetzA Maurer prezentoval modelové výpočty pro baterie o výkonu 6 GW, které by si vyžádaly náklady mezi 5 a 10 miliardami eur (128-256 miliard korun).