Съхранение на електрическа енергия в сградите
Сградното съхранение на електроенергия чрез батерии преминава от екзотична характеристика на сградите от висок клас на към по-масова технология за всеки дом, офис и търговски център. Особено желани стават инсталациите с батериите в къщите и сгради със соларни покриви. Бумът на интереса на потребителите вещае промяна не само за потребителите, които искат да инвестират в енергийна независимост, но се формират нови бизнес-ниши и нови професии.
Текст: списание Строители
Все повече домакинства по света си купуват домашна батерия. При избора мнозина мислят за енергийно резервиране: те искат да си имат електричество, ако токът от мрежата прекъсне. Но това е само един от възможните мотиви за подобна придобивка. Енергийната самодостатъчност е действително необходима на малко места. Има друг, по-съществен мотив. „Инвестирайте, за да пестите“, гласи краткото резюме на по-сериозната причина за закупуване на домашна батерия. Тя е всъщност хранилище за евтина електроенергия, която домакинството може да ползва тогава, когато цените на тока в електро-мрежата са високи. С други думи, батерията се „пълни“ с евтино електричеството – например от покривните фотоволтаици или пък по време на ниските тарифи на енергодружеството; а във времето, когато цената на тока от мрежата е висока, семейството ползва ток от собствената си батерия.
Нещо повече. С възхода на малките мрежи за споделена енергия едно семейство може и да продава ток от домашната си батерия на съседите. В някои случаи може дори да продава ток на енергийния оператор – има положения, при които дружеството би изкупувало съхранената енергия в домашните батерии при доста добри цени.
Съхранение на енергия в обществени сгради
Системите за съхранение на електроенергия в обществените сгради могат да осигуряват редица предимства. Това са различни видове технологични решения, които позволяват съхранението и управлението на електрическа енергия с цел подобряване на енергийната ефективност, смекчаване на въздействието върху околната среда и осигуряване на надеждност на енергийния достъп. Такива системи имат различни приложения и предимства. Чрез използване на системи за съхранение на електроенергия обществените сгради могат да спестяват енергия и пари, като се намалява консумацията по време на пиковите часове и се използва по-евтина енергия.
Системите за съхранение могат да се интегрират със соларни панели, вятърни турбини и други възобновяеми енергийни източници, за да се съхранява и използва енергията, генерирана от тях, когато е необходимо. С тяхна помощ може да се постигне значителна оптимизация на енергийната консумация чрез съхранение на излишната енергия, която може да бъде използвана по-късно по време на периоди с по-висока тарифа или по време на върхови натоварвания. По отношение на резервното захранване системите за съхранение на електроенергия могат да предоставят резервно захранване в случай на прекъсване на доставката на електроенергия от мрежата. Това е особено важно за обществените сгради като болници, училища и офиси, където непрекъснатото захранване е от съществено значение. И не на последно място системите за съхранение могат да служат за изглаждане на пиковете в натоварването и за борба със смущения в електрозахранването, което може да подобри качеството на захранването и да намали потенциалните загуби и прекъсвания.
Системите за съхранение на електроенергия могат да бъдат базирани на различни технологии, включително литиево-йонни батерии, ванадиеви редокс батерии, молибден-сулфидни батерии, капацитетни суперкондензатори и други. Изборът на конкретна система зависи от нуждите на сградата, бюджета и околните условия.
Постоянно нарастващ пазар в Европа и по света
Пазарът на домашно съхранение на енергия нараства с рекордни темпове из цяла Европа. Например, в последното си пазарно проучване за съхранение на енергия в жилищни сгради, SolarPower Europe изчислява увеличение на капацитета за съхранение от 71% (3,9 GWh) за изминалата година. Това съответства на повече от 420 000 нови акумулаторни батерии и общ инсталиран капацитет от 9,3 GWh. До края на 2026 г. европейската индустриална асоциация дори очаква общият капацитет за съхранение да се увеличи с 300% до 32,2 GWh, което се равнява на 3,9 милиона европейски домакинства, които имат батерия за своето електрозахранване и ограничават разходите си за електроенергия.
Пет държави имат водеща роля за бума на европейския пазар на домашни батерии – Германия, Италия, Австрия, Обединеното кралство, Швейцария. Заедно, тези пет страни представляват 88% от европейския пазар на домашни батерии. Германия заема безспорната челна позиция за 2021 година с пазарен дял от 59%. В прогноза за периода до 2026 г. SolarPower Europe очаква Германия да остане безспорен лидер на пазара за домашно съхранение през този период. Челната позиция на немския пазар за съхранение по същество се дължи на факта, че търсенето на системи за битово и търговско производство на слънчева енергия се „разгаря“ заради експлозивно нарастващите разходи за електроенергия. Като резултат, 70% от новоинсталираните фотоволтаични системи са изградени в комбинация с акумулаторна батерия. Текущи данни от Германската федерална мрежова агенция показват, че около 630 000 частни домакинства и 10 000 компании вече притежават слънчеви системи за съхранение.
Благодарение на изключително успешната програма за субсидиране „Супербонус 110“, Италия успя да си осигури второ място сред европейските страни, когато става дума за домашни батерии, с пазарен дял от 14%. Австрия утрои своя пазар до 132 MWh нови инсталации и заема трето място с 6% пазарен дял. Обединеното кралство го следва на близко разстояние с 6% пазарен дял и 128 MWh новоинсталирана мощност. Петата страна е Швейцария, с 3%. Всяка трета новомонтирана фотоволтаична система там вече е комбинирана със система за съхранение.
Въпреки доминацията на петте, всички останали разглеждани пазари също нарастват – с впечатляващите 137% за миналата година. Най-силен растеж в тази група показват Полша и Швеция, които могат да заемат 3-то и 4-то място в Европа до 2026 г., според SPE. Извън Европа тенденцията на бърз растеж е сходна, макар мотивите да са различни. Особено динамичен е растежът Азиатско-тихоокеанския регион и в много части на Австралия. В Северна Америка тенденцията се движи с леко закъснение спрямо Западна Европа. Крайният резултат от нарастващия интерес по света е, че пазарът нараства с по около 20% на година, според различните статистики, и ще продължи да се движи с подобно високо темпо поне до края на десетилетието.
Пространствени предизвикателства и дизайн
Тъй като за една батерия не е добре да „живее“ в условия на големи температурни промени и влага, то идеалното място за инсталиране на акумулаторна система е вътре в жилището. Така е и близо до уредите-консуматори. Примерни местоположения са: шкаф в антрето, ниша, пространството под стълбище, сервизно помещение (килер) и т.н. Мазетата също са добра опция, стига да няма риск от наводняване. Батерията може да се инсталира и в гаража. Таванските помещения със сигурност не са добро място за инсталиране на батериите, тъй като те стават много горещи през лятото.
Повечето домашни акумулатори изглеждат красиво; те се произвеждат с такъв вид, че да се вписват лесно в дизайна на дома. Черни, бели, матови или гланцови покрития, леко заоблени форми доминират сред визуалните решения. Понякога батериите изглеждат подобно на хладилник или друга битова техника – елегантно, стилно. Някои производители предлагат батериите си под формата на устройства за окачване на стена. Така те могат да се комбинират с други елементи от обзавеждането.
В същото време, местоположението на батерията за съхранение на енергия в обществена сграда трябва да бъде обмислено внимателно, за да осигурите оптимална ефективност и сигурност. Тук също има редица фактори, които трябва да се вземат предвид при избора на подходящо място. Батерията трябва да бъде разположена близо до източниците на енергия, като соларни панели или вятърни турбини, за да се намали загубата на енергия при пренос и увеличи ефективността на съхранението.
Мястото, на което се поставя батерията, трябва да бъде сигурно и защитено, за да се предотврати възможни опасности, като вандализъм или кражби. Както вече споменахме, батериите работят най-добре при определени температурни условия. Затова и тук те трябва да бъдат монтирани на места, където температурата не надхвърля пределите на техните спецификации. Мястото също трябва да бъде достъпно за поддръжка и обслужване, за да се осигури дълготрайната й функционалност.
Обикновено батериите за съхранение на енергия в обществени сгради се инсталират в специално оборудвани помещения или контейнери, които съответстват на горепосочените изисквания. За конкретни съвети и решения следва да се направи консултация с инженери и специалисти по енергийни системи, които могат да изготвят проучване и да предложат най-подходящото местоположение за батерията в сградата.
Капацитети и технологии
Батерията за едно домакинство обикновено варира от 6-8 до 18kWh, понякога и повече. Счита се за нормално тя да е способна да издържи на 5000-6000 цикъла на зареждане и разреждане, ако е литиево-йонна. Предлагат се и модели от по 80-120kWh, което означава, че може да захранва няколко домакинства в една неголяма жилищна сграда. В последно време на пазара започнаха да се предлагат и модулни домашни батерии, които могат да се надграждат. Така например потребителят може да започне с малка, 5 Kwh батерия, а с течение на времето да я надгради до 20 киловатчаса.
Литиево-йонните и оловно-киселинните батерии са най-често споменаваните, когато става дума за домашни акумулаторни системи. Литиево-йонните батерии са „класика“, подобно на другите батерии, захранващи нашата електроника. Литиево-йонните батерии обикновено имат по-висока енергийна плътност от оловно-киселинните, което означава, че могат да съхраняват доста енергия в по-малко пространство в сравнение със своите аналози по други технологии. Това позволява увеличаване на капацитета на батерията, без да заема твърде много място.
Освен това литиево-йонните батерии се зареждат по-бързо и имат по-голяма дълбочина на разреждане – което позволява на потребителите да използват повече от съхранената си енергия, преди да се наложи да презаредят. По-дългият живот на батерията е друго предимство на литиево-йонната технология.
От друга страна, оловно-киселинните батерии често са търсени, защото са по-евтини като първоначална инвестиция. Но може да изискват по-честа смяна поради по-краткия им живот. С комбинацията от рентабилни производствени методи и достатъчно запаси от натриев карбонат, интересът към натриево-йонните батерии също бързо нараства. Известни производители на батерии вече включват натриево-йонни батерии в своите продуктови портфолиа. Макар че тези батерии имат по-ниска енергийна плътност в сравнение с литиево-йонните батерии, те намират своята аудитория и ще продължават да са интересни заради ценовото си предимство.
И други технологии търсят пътя към домашния потребител, като например литиево-феро-фосфатните батерии. Те се отличават с много висока ефективност – от порядъка на над 98%. Това означава добра възвръщаемост на инвестицията. Борбата между технологиите ще е динамична занапред, тъй като добивът на литий е относително ограничен в глобален мащаб, а гладът за литиеви батерии нараства непропорционално заради бума на електромобилите. Според някои анализатори, заплашително близо сме до момент, в който глобалният производствен капацитет ще се окаже неспособен да смогва да задоволи нуждите на производителите на е-коли. Респективно и цената на лития расте стабилно и непоколебимо. Това кара разработчиците на домашни батерии да се интересуват от алтернативи, използващи по-достъпни суровини, чието набавяне е лесно и не вещае постоянно поскъпване.
Специфични възможности
Системите за съхранение на енергия в жилища и обществени сгради предоставят няколко важни специфични възможности и приложения, включително регулиране на напрежението и честотата на захранването, борба с електромагнитни смущения в мрежата, защита на чувствително оборудване, автоматично включване на аварийно захранване, както и да реализират интеграция с различни смарт системи.
Устойчивост на електромагнитни смущения е важна характеристика на системите за съхранение на енергия, особено на тези, базирани на батерии и суперкондензатори, могат да работят като стабилизатори на електрозахранването. Те могат да изглаждат внезапни промени в напрежението или често повтарящи се смущения в електрозахранването, което помага за поддържане на стабилността на мрежата и защитава оборудването в сградата от електромагнитни повреди. В области, където се изисква изключителна чувствителност към електромагнитни смущения, като например лаборатории, медицинско оборудване и комуникационни центрове, системите за съхранение на електроенергия могат да предоставят непрекъснато и стабилно захранване, което е от съществено значение за предотвратяване на повреди или губи на данни. Допълнително, системите за съхранение могат да подобрят качеството на електрозахранването, като регулират напрежението и честотата, което може да помогне за справяне с електромагнитни смущения, предизвикани от нестабилности в мрежата.
Енергийната реакция при аварии е нещо, което става все по осезаемо и към което всички ние предявяваме все повече изисквания. В тази връзка, системите за съхранение на електроенергия могат да реагират бързо и автоматично при електрически аварии, като осигуряват резервно захранване за кратко време, докато резервните генератори се стартират или докато мрежата се възстанови след авария.
И не на последно място, системите за съхранение могат да бъдат интегрирани със смарт управление и мониторинг на сградата, което позволява динамично управление на енергийната консумация и съхранението на енергия, включително реакция на електромагнитни смущения при необходимост. Всички тези възможности се осъществяват чрез използването на различни технологии за съхранение на електроенергия и интелигентни системи за управление, които се адаптират специфично към нуждите на сградата и целите за сигурност и надеждност на електрозахранването.
Рециклирани автомобилни батерии в дома
Все повече се говори и за възможността за домашни батерии да се използват стари акумулаторни блокове от електромобили. Тази тенденция е противоречива. Наскоро проведено проучване на правителството на Обединеното кралство разкри съществуването на доста крайни аргументи за и против рециклирането на електромобилни акумулатори. Най-важното съображение е, че безопасността на подобни устройства никога не може да бъде гарантирана.
Поддръжниците на идеята за повторната употреба гравитират около зараждането на идея за създаване на стандарти за безопасност, които да позволят използването на литиеви батерии втора употреба в приложения за съхранение на домашни батерии. Това навярно би означавало въвеждане на строги методи за тестване и сканиране, наред с изисквания за съхранение на пълната история на батериите в техния „първи живот“.
Противниците са на мнение, че безопасността на старите клетки никога не може да бъде гарантирана, „и следователно литиевите батерии втора ръка не трябва да се използват при никакви обстоятелства за домашни приложения“. Това се дължи на опасностите, свързани със стареенето на батериите през първия им „живот“. По-конкретно, загубата на капацитет на Li батериите обикновено се счита за линейна, като краят на живота обикновено настъпва около достигането на 50-60% от здравното състояние (SoH). Въпреки това, в даден момент може да настъпи сериозно и потенциално опасно рязко влошаване. Времето, когато настъпва този феномен, наричано „коляно“, е непредвидимо. То може да възникне при по-висока SoH от очакваната, като по този начин увеличава риска от прегряване, вътрешни къси съединения и пожар.
Софтуерни решения
Докато тече борбата между технологиите за съхранение на ниво хардуер, реалната конкуренция между производителите все повече се реализира на друга арена – софтуера, съпътстващ домашните батерии. От него зависят възможностите са управление и интеграция с другите обикновени и „смарт“ уреди в дома. Това е причината големите батерийни производители – такива като Tesla, Panasonic и други, да срещат конкуренция от „нови звезди“ в бранша, идващи от съвсем различни сфери на бизнес. Например, някои идват от света на възобновяемата енергия – такива като SolaEdge, позната като производител на фотоволтаици. Други идват от областта на опазването на климата и създаването на технологии в помощ на борбата с климатичните промени – такъв е случаят с Haven Energy например. Към всичко това можем да добавим и абициозното навлизане на пазара на „традиционни“ производители на малки батерии като Duracell и Energizer, които активно разработват свои софтуерни системи за мониторинг, контрол и интеграция с домашната електроника.
Като цяло стремежът на всички в тази надпревара е да изкушат потребителя с холистична система за управление на енергията в дома, интегрирайки всичко – покривни панели за слънчева енергия, батерия за съхранение на тока, зареждане на електрическите превозни средства, поддържане на генератори в режим на готовност, връзка с интелигентни домашни уреди, мрежови услуги и управление на микроклимата в дома.
Наблюдават се и стъпки към формирането на брандове за цялостна енергийна услуга. Те следва да съчетават инсталирането на ВЕИ система в дома – най-често соларни панели, инвертори, домашна батерия в съчетание с поддръжка и гаранционно обслужване. Предимството на този подход е в лесната интеграция и удобството клиентът да общува само с един-единствен доставчик за своята модерна енергийна инфраструктура.
Като следствие от тази тенденция на хоризонта се задава и друга: развитието на концепцията за „енергията като услуга“ (EaaS). Това е бизнес-модел, при който домакинствата плащат за енергийна услуга (домашна батерия), без да се налага да правят първоначалната инвестиция за придобиването й. EaaS обикновено е под формата на абонамент за домашния акумулатор. При тази схема самото устройство е собственост на обслужваща компания, но се инсталира в дома.
Нови източници на заетост
Заедно с бума на пазара на домашните батерии разцвет преживява и професията на инсталатора на подобни акумулатори. Прегледът на сайтовете за обяви за работа разкрива, че има голям глад за инсталатори на батерии. Стотици отворени позиции търсят кадри в страни като Великобритания или Австралия, където домашните акумулатори бързо набират скорост. Често пъти позицията съчетава инсталаторски умения за няколко вида електроуреди, които често се инсталират заедно, например батерии и соларни модули, смарт-термостати и др. Отворените позиции за инсталатори на батерии спадат към т. нар. „зелени работни места“ и се разглеждат като обещаваща алтернатива за преквалификация също. Други видове заетост, които преживяват бум заради интереса към домашните батерии, са позициите в заводите за производство на батерии – не само домашни, но и за електромобили. В почти всички страни в Европа в момента са на ход проекти за изграждане на заводи за акумулатори. Повечето предвиждат около 40 GWh производствен капацитет, но има и няколко за по над 100GWh годишно. Един завод с мащаб около 40GWh годишно предполага назначаването на около 4000 работници.
Превръщането на сградния фонд в производител и система за съхранение на енергия, създава нови възможности за развитие на различни професии и области на работа. Новите професии включват специалности като инженери по устойчива енергия и ефективност на сградите, специалисти по управление на енергийни системи, специалисти по батерии и съхранение на енергия и други. Не случайно водещите световни университети започват да предлагат хибридни специалности, ориентирани към приложението на научни и инженерни подходи, за решаване на инфраструктури и социални предизвикателства. Всички тези нови професии отразяват растящия интерес към устойчивите и интелигентни сгради, като се стремят към намаляване на енергийната консумация и опазване на околната среда.
Сгради с референти системи за съхранение на енергия
В Европа има множество примери за сгради, които използват батерийни системи за съхранение на енергия. Офис сградатата на KfW Westarkade, Франкфурт, използва батерийни системи за съхранение на електрическа енергия, които могат да позволят на сградата да се захранва със собствена електроенергия и да бъде по-ефективна в използването на енергия. Учебният комплекс Green Building в Швеция включва батерийни системи, които позволяват съхраняване излишната си електрическа енергия, произведена от слънчеви панели, за да я използва по-късно.
Сградата Saxo Bank Headquarters в Копенхаген използва батерийни системи, за да съхранява електрическа енергия и да я използва в пикови моменти или в случаи на прекъсване на електрозахранването. Renewable Energy House в Брюксел работи като демонстративен проект за устойчивост и използва батерийни системи, за да съхранява излишната си електроенергия от ветрогенератори и слънчеви панели. Всички тези примери илюстрират как сградите в Европа интегрират батерийни системи за съхранение на електрическа енергия, за да оптимизират използването на възобновяеми енергийни източници и да се увеличи енергийната ефективност.
Пазарни тенденции
В бъдеще пазарът ще нараства бързо, с около 17 до 21 процента годишно, според различните пазарни анализатори. Маломерните системи, тези с капацитет 6-10 kW, са секторът, който ще бележи най-голям пазарен растеж. Той се свързва с направата на първите стъпки на домакинствата към енергийно резервиране, частична енергийна независимост, застраховане при прекъсвания на мрежата.
От гледна точка на технологията литиево-йонната батерия ще продължи да е водеща още известно време. Предвижда се Li батериите да се търсят най-много във времето до края на десетилетието. Независимо от нарастването на цените, нараства и броят на производствени центрове за литиево-йонни батерии и се правят значителни инвестиции в научноизследователска и развойна дейност, стимулирайки напредъка в технологията за литиево-йонни батерии.
От гледна точка на типа на собствеността се очаква батериите, притежавани от крайните клиенти, да преживеят най-висок темп на растеж през прогнозния период, следван плътно от сегмента на комуналните дружества. Доминирането на клиентския сегмент се дължи на ползите, които собствениците на жилища получават от придобиването на домашен акумулатор - по-ниските сметки за ток и повишената енергийна независимост.