Vis dažniau kalbama apie elektros energijos kaupyklas, tačiau jos vis dar retai įrengiamos tiek individualiuose namuose, tiek pramonės objektuose. Yra šalių, kuriose nemaža dalis investuojančių į saulės elektrines iš karto renkasi ir elektros energijos kaupimo sistemas. Ar verta investuoti į energijos kaupimą ar tai naudinga? Ar elektros energijos kaupimas užtikrina energetinę nepriklausomybę?

Kaip energijos kaupimas keičia situaciją?

Pastaraisiais metais energijos kaupimo temai skiriama daug dėmesio, nes populiarėjant saulės elektrinėms, kyla klausimas, kad galbūt racionaliau pagamintą elektros energiją kaupti, o ne atiduoti tinklams. Beje, energijos kaupimo klausimas nėra naujas, o kai kurioms energijos kaupimo technologijoms jau daugiau nei 100 metų. Mūsų Kruonio elektrinė iš tikrųjų yra energijos kaupimo sistema, nepaisant to, kad jos pavadinime yra žodis „elektrinė“. Elektros energiją taip pat kaupia ir mūsų automobilių akumuliatoriai ar mobiliųjų telefonų baterijos. Elektros energijos kaupimo ir saugojimo būdų yra daug. Priklausomai nuo situacijos, galima rinktis įvairias technologijas. Pradedant nuo kondensatorių, baigiant vandeniliniu kuru ar sintetiniu metanu.  Vandenilinio kuro ar sintetinio metano technologijos gali išspręsti ilgalaikio elektros energijos saugojimo problemą. Pavyzdžiui, vasarą saulės elektrinės gaminama energija nukreipiama vandenilinio kuro, kurį bus galima panaudoti žiemą gamybai. Šiuo metu tokia versija komerciškai nėra patraukli, nes yra nuostolinga dėl didelių elektros energijos sąnaudų, tačiau metodo „elektros energijos virsmas  dujomis“ („Power-to-Gas“) moksliniai tyrimai yra labai intensyvūs, tad tikėtina, kad ne už ilgo laiko jis bus priimtinas ir patrauklus.

Yra ir kitų energijos saugojimo būdų ir technologijų, tačiau reikia pasakyti, kad energijos kaupimas populiarėjančiu tampa dėl vienos paprasčiausios priežasties – ličio jonų baterijų. Dėl to, kad jos yra telefonuose, išmaniuosiuose laikrodžiuose, nešiojamuosiuose kompiuteriuose, elektriniuose automobiliuose, mes apie jų funkcijas ir galimybes sužinojome kur kas daugiau. O kiekvienais metais gerėjančios eksploatacinės savybės ir mažėjančios kainos, padidina ekonominį naudingumą. Todėl elektros energijos saugojimas tampa perspektyviu ir vis labiau viliojančiu sprendimu.

Kas yra energijos kaupimas namuose?

„Namų energijos kaupimas“ yra netikslus terminas. Siekiant tikslumo jį reiktų papildyti, kad tai yra, pavyzdžiui, elektros energiją kaupianti ir sauganti baterija. Tuomet terminas gana tiksliai apibūdintų konkretų prietaisą ir jo savybes. Nes kaip jau minėjau energija gali būti kaupiama įvairiose aukščiau minėtose laikmenose – vandenyje, suspausto oro sistemose, vandenilyje ir pan.

Energijos kaupimas baterijose leidžia elektros energiją naudoti kitu metu, o ne tada, kai ją gamina saulės elektrinė. Tai dažnai vadinama „elektros energijos vartojimo atidėjimu laike“. Praktiškai tai reiškia, kad per dieną pagamintos saulės energijos perteklius nukreipiamas į bateriją ir panaudojamas tada kai namų ūkio poreikis viršija saulės elektrinės pajėgumą. Individualiuose namuose šis klausimas yra labai svarbus, nes vidutinis namų ūkis suvartoja tik 30 proc. tiesiogiai saulės elektrinės pagamintos elektros energijos. Taip yra todėl, kad dienos metu, kai saulės elektrinė dirba našiausiai, elektros suvartojimas yra mažiausias, ir daug elektros energijos atiduodama tinklams. Taigi tą elektros energijos dalį, kurios negalima naudoti tiesiogiai, tikslinga kaupti ir naudoti tada, kai saulės elektrinės galios nepakanka ar kai ji nedirba. Pagamintos elektros energijos perteklių galite kaupti baterijoje ir tik jai užsipildžius saugoti elektros tinkluose. Tokiu būdu galima gerokai sumažinti mokestį ESO už pasaugojimą. Saulėtą dieną baterijoje sukauptą energiją galite naudoti naktį savo namų šildymui, elektromobiliui krauti ir pan. Tai garantuotų dar didesnį jūsų autonomiškumą, nepriklausomybę nuo elektros tinklų ir sumažintų išlaidas.

Energijos kaupimas ir suvartojimo dalis

Kalbant apie elektros energijos kaupimo sistemas, prijungtas prie tinklų, negalima ignoruoti dviejų dalykų:

– kiek saulės elektrinės pagamintos energijos suvartoja namo savininkas;

– koks energetinės nepriklausomybės laipsnis.

Pirmasis rodiklis parodo, kiek per metus saulės elektrinės pagamintos elektros energijos namo savininkas sunaudoja savo reikmėms. Antrasis – kokią dalį namų ūkyje suvartojamos elektros energijos sudaro saulės elektrinės pagaminta elektros energija. Suprantama, kad naudojant elektros energijos kaupiklius galima padidinti abu rodiklius.

Tarkim namų ūkis išnaudoja apie 30 proc. savo saulės elektrinės pagamintos elektros energijos. Bet pritaikydamas vartojimą prie turimų elektros gamybos sistemų, pavyzdžiui, dienos metu įjungdamas didelės galios prietaisus (indaplovę, skalbyklę ir džiovyklę) naudotojas gali padidinti savo vartojimo dalį, nors paprastai ji neviršija 40 proc. Deja, kiekvieną dieną jungti skalbyklės ar džiovyklės nereikia, tad dienomis saulės elektrinės pagamintas elektros energijos perteklius gali būti tiekiamas į viešąjį tinklą arba nukreipiamas į namuose esančias energijos saugyklas. Koks sprendimas vartotojui finansiškai galėtų būti naudingesnis? Pasižiūrėkime į Vokietiją, kur namų ūkiai žymiai anksčiau ir intensyviau įsirenginėjo saulės elektrines. Kol saulės elektrinių gaminamos energijos supirkimo tarifai buvo aukšti, namų ūkiai net nesistengė didinti savo pagamintos energijos suvartojimą. Priešingai, kol mokestis už į tinklą patiektą energiją buvo didesnis nei mokestis už iš tinklo paimtą energiją, dažniausiai visa pagaminta energija buvo tiekiama į tinklą. Padėtis pradėjo keistis, kai vartotojai už į tinklą tiekiamą energiją pradėjo gauti mažiau, nei mokėjo už iš tinklo gaunamą elektrą. Tada jie pradėjo stengtis kuo daugiau savo saulės elektrinės pagamintos energijos naudoti namų ūkio reikmėms, bet energijos kaupimo įrenginių dar nenaudojo. Baterijos vokiečių namuose atsirado tada, kai perkamos ir parduodamos elektros energijos kainų skirtumas tapo pakankamai didelis, kad vertėtų investuoti į energijos kaupimo sistemas.

Energetinės nepriklausomybės laipsnį visada verta didinti dėl paprastos priežasties – galimybės būti mažiau priklausomam nuo elektros energijos kainų augimo. Bet kur yra didinimo riba? Ar įmanoma namų ūkiui pasiekti 100 proc. autonomiją? Teoriškai taip, tačiau praktiškai tai reikštų, kad visa saulės elektrinė turėtų būti žymiai padidinta – tiek modulių galia, tiek baterijų talpa. Todėl ekonominiu požiūriu tai nėra perspektyvus sprendimas.

Energijos kaupimo poveikis visai sistemai

Namų ūkių energijos kaupimo pajėgumai yra palyginti nedideli. Vokietijoje jie paprastai yra nuo 4 iki 8 kWh, nors siūlomos ir 15 kWh sistemos. Tačiau net ir tokios nedidelės vertės, padaugintos iš dešimčių ar šimtų tūkstančių įrenginių, sudaro solidžius elektros energijos kaupimo pajėgumus, kurie gali būti svarbūs visai elektros energijos sistemai.

2019 m. pabaigoje Vokietijoje prie tinklo buvo prijungta apie 160 000 elektros energijos kaupimo sistemų, 2021 m. šis skaičius pasiekė 430 000. Į šį skaičių įeina tiek namuose, tiek įmonėse esantys elektros energijos kaupikliai. Šį skaičių verta palyginti su Vokietijoje įrengtų saulės elektrinių skaičiumi. Gali atrodyti, kad 430 000 saugyklų, palyginti su maždaug 2, 2 mln. saulės elektrinių, nėra labai daug. Tačiau verta prisiminti, kad Vokietijoje saulės elektrinės pradėtos montuoti maždaug prieš 20 metų, o kartu su jomis veikiantys elektros energijos kaupikliai išpopuliarėjo tik pastaraisiais metais.

2016 m. pradžioje Vokietijoje buvo įrengta 34 000 energijos kaupiklių, 2018 m. rugpjūtį šis skaičius viršijo 100 000, o 2019 m. pabaigoje – jau 160 000 (vien per 2020 m. buvo įrengtos  145 000 kaupyklų) ir 2021 m skaičius tapo kur kas įspūdingesnis – 430 000.

2013 m. Vokietijoje, kai buvo svarstoma paramos galimybė norintiems įsigyti baterijas,  gana daug lėmė „Speicherstudie 2013“ tyrimas, kurį atliko garsusis Frauenhoferio institutas. Jame mokslininkai plačiai tyrinėjo kokį poveikį gali turėti energijos kaupimo sistemos. Paaiškėjo, namuose racionaliausias atvejis yra tada, kad baterija įkraunama dienos metu, per patį elektros gamybos piką. Taigi, būtina sąlyga yra ta, kad elektros energija, pagaminta namų ūkyje veikiančios saulės elektrinės, dienos metu būtų tiekiama į energijos kaupimo sistemą, o ne į tinklą. Jei baterijų savininkai nebus skatinami taip jomis naudotis, elektros energijos kaupyklos bus visiškai užpildytos jau ryte, todėl tuo metu, kai saulės elektrinė dirbs maksimaliu rėžimu, visa perteklinė energija pateks į tinklą. Bateriją reikia krauti tada, kai namie elektros suvartojimas yra mažiausias, o saulės elektrinės našumas didžiausias. Vokietijoje šiuo keliu ir buvo nueita.

Kol kas nepopuliarios, tačiau…

Vokietijos rinka yra didžiausia saulės energijos kaupiklių rinka pasaulyje. Joje siūlomi dešimčių tiekėjų sprendimai, todėl gaminių įvairovė labai didelė. Tai susiję ir su funkcinėmis savybėmis, ir su išvaizda.  Rinkoje siūlomos energijos kaupimo sistemos ir su įmontuotu inverteriu ir be jo. Jei svarbi funkcija, leidžianti sujungti kelis įrenginius į vieną kaupimo sistemą – taip pat yra sprendimų. Pirkėjas be nepatrauklių į spinteles panašių kaupiklių, gali rinktis estetiškai atrodančias spintas, net jei jos paprastai montuojamos sandėliuke ar garaže. Kai kurie gaminiai net gauna prestižinius apdovanojimus „Red Dot Design Award“.

Kompanijos „Sunamp“ gaminamos energijos kaupimo ir saugojimo „Thermino“ baterijos taip pat įvertintos Didžiosios Britanijos Karališkuoju apdovanojimu už inovaciją. „Thermino“ baterijose energijos kaupimas ir saugojimas grindžiamas fizikiniu medžiagos būvio virsmo dėsniu, nereikalauja eksploatacinių medžiagų ir pasižymi ilgaamžiškumu. Elektros ar termofikacinio vandens energija yra kaupiama specialiame druskų mišinyje, kuris, pereidamas į skystą fazę, sukaupia energiją ir ją saugo praktiškai be energijos nuostolių, o esant poreikiui, energija grąžinama karšto (+65 ⁰C) vandens pavidalu. Plačiau apie šią inovatyvią technologiją galima susipažinti straipsnyje, taip pat tinklalapyje www.energijosbaterijos.com arba kreiptis į prekybos tinklo „Celsis“ konsultantus.

Padėtis Lietuvoje yra kitokia. Trūksta paskatų platesniam elektros energijos kaupiklių naudojimui, todėl jų pardavimai nėra dideli. Kai elektros kainos kyla, o saulės elektrinių ant stogų vis daugėja padėtis turės keistis. Reikia įvertinti ir tai, kad ličio jonų baterijos, dėl efektyvumo didėjimo ir didelių mastų gamybos, pinga apie 15–20 proc. kasmet. Tiesa, dėl žaliavų trūkumo (retųjų žemės metalų, kobalto ir pan.) pigimas gali šiek tiek sulėtėti, tačiau vis tiek prognozuojama, kad artimoje ateityje jos bus žymiai populiaresnės. Kada? Nurodoma, kad namų baterijos Lietuvoje turėtų pradėti labiau populiarėti maždaug 2027 metais. Tačiau toks laikotarpis buvo prognozuojamas iki karo Ukrainoje. Dabar viskas gali pasislinkti, greičiau į 2026 metus, nei į 2028.  

KTU Cheminės technologijos fakulteto mokslininkė Ieva Barauskienė teigia, kad didžiausia kliūtis baterijų gamybai pasauliniu mastu – riboti ličio ir kobalto, kurie naudojami ličio jonų baterijų gamybai, ištekliai. Skaičiuojama, kad iki 2050 m. pasaulyje bus panaudota apie 10 proc. visų ličio ir beveik 100 proc. visų kobalto atsargų. Kokia tuomet išeitis? „Viena iš jų – baterijų perdirbimas. Jei iš švino-rūgšties baterijų galima perdirbti beveik 100 proc. švino, ličio jonų baterijų perdirbimas yra sudėtingesnis procesas. Skaičiuojama, kad šiuo metu tik apie 5 proc. ličio jonų baterijų yra perdirbama. Vis dėlto, mokslininkai pateikia vis naujų metodų paprastesniam ir ekonomiškai efektyvesniam perdirbimui. Kita išeitis – gaminti baterijas pasitelkiant alternatyvias medžiagas. Pavyzdžiui, „Panasonic“ korporacija, gaminanti baterijas „Tesla“ automobiliams, planuoja jau 2–3 metų laikotarpiu pradėti gaminti ličio jonų baterijas visiškai be kobalto. Taip pat nedaug trūksta, kad būtų galima pradėti masinę natrio jonų baterijų gamybą. Natrio jonų baterijos yra stabilesnės ir saugesnės nei ličio jonų, jos gali veikti platesniame temperatūrų intervale, taip pat jų užsiliepsnojimo tikimybė yra žymiai mažesnė“, – sako Ieva Barauskienė.