Off-grid projektuose pagrindiniu energijos šaltiniu dažniausiai yra saulės elektrinės, o tai reiškia, kad, nekaupiant pagamintos energijos, realus atsijungimas nuo tinklo netikslingas. Saulės elektrinė energiją gamina dienos metu, kai namuose jos poreikis yra mažiausias. Be to, efektyviausiai saulės elektrinės dirba vasarą, kai namų šildyti nereikia, o žiemą, kai šilumos siurblys dirba visu pajėgumu ir reikalauja nemažai elektros, saulės elektrinės apskritai negeneruoja energijos. Taigi energijos gamybos ir jos vartojimo laikas nesutampa, todėl saulės elektrinės pagamintą energijos perteklių tenka atiduoti tinklams pasaugoti. 

Energijos kaupikliai leidžia atsieti elektros energijos vartojimą nuo jos gamybos laiko saulės elektrinėse ar vėjo jėgainėse, tad apie tai vis dažniau kalbama, tačiau vis dar ne taip dažnai diegiama. Tačiau yra šalių, kuriose investuojant į saulės elektrinę, nesvarbu, ar ji būtų skirta namų ūkiui, ar verslo įmonei, dažnai kartu pasirenkamas ir energijos kaupimo įrenginys. Ar verta investuoti į energijos kaupimą, ar elektros energijos kaupimas užtikrina energetinę nepriklausomybę?

Kaip energijos kaupimas keičia elektros energijos rinką

Elektros energijos kaupimo klausimas nėra naujas – kai kurioms energijos kaupimo technologijoms jau daugiau nei 100 metų. Didžiausia Lietuvos energijos kaupykla yra Kruonio hidroakumuliacinė elektrinė, tačiau tokia technologija netinka nei namams, nei įmonėms, ant kurių stogų įrengtos saulės elektrinės. Atrodytų, energijai kaupti geriausiai tiktų tokios baterijos, kurios naudojamos elektromobiliuose ar mūsų telefonuose, tačiau, imant platesniu mastu, tai tikrai nėra vienintelė išeitis – priklausomai nuo reikiamos talpos ir iškrovimo laiko, galima naudoti įvairias technologijas.

Didelė talpa ir ilgas iškrovos laikas būdingas įrangai, naudojančiai vandenilį arba sintetinį metaną. Ši technologija elektros energiją gali pasaugoti kelis mėnesius, apie ką svajoja daugelis saulės elektrinės savininkų: pavyzdžiui, vasarą saulės elektrinės pagamintos energijos perteklius būtų skiriamas vandenilio gamybai, o žiemą šis kuras naudojamas šildymui ir elektros gamybai. Teoriškai viskas gražu, praktiškai vaizdelis kitoks – komercinės įrangos dar nėra (tik eksperimentinės), tačiau šio metodo, vadinamo „Power-to-Gas“, moksliniai tyrimai – labai intensyvūs.

Naudojamos ir suspausto oro kaupyklos, kai perteklinė elektros energija tiekiama kompresoriams, o vėliau suspaustas oras panaudojamas elektros gamybai. Arba superlaidininkų magnetinės energijos kaupikliai, kurie, panašiai kaip ir superkondensatoriai, tinka trumpalaikiam elektros energijos kaupimui ir naudojami, kai reikia sumažinti elektros energijos svyravimus. Kalbant apie elektros energijos kaupimą namuose ar įmonėse, dažniausiai pasirenkamos ličio jonų baterijos. Nes tai žinoma ir namų sąlygomis pritaikoma technologija, be to, vis didesnė jų talpa, ilgesnis veikimas bei mažėjančios kainos skatina domėtis šiuo energijos kaupimo būdu, vertinti jo ekonomiškumą, perspektyvumą.

Saulės elektrinės pagamintos energijos kaupimas. Kam tai?

Energijos kaupimas leidžia naudoti elektros energiją kitu metu, o ne tada, kai ją gamina saulės elektrinė. Tai elektros energijos vartojimo atidėjimas laike, nesinaudojant elektros pasaugojimo tinkluose paslauga, kuri pas mus kol kas nėra brangi, bet, kaip rodo keli pastarieji metai bei Vakarų Europos šalių praktika, turi tendenciją brangti.

Tiesioginis namų ūkiuose įrengtos saulės elektrinės pagamintos energijos suvartojimas savo reikmėms, kai elektrinė dirba intensyviai, paprastai neviršija 30 procentų. Taip yra todėl, kad vidury dienos, kai elektros energijos gamyba intensyviausia, namuose paprastai nieko nėra. Tad nepanaudotą energiją tikslinga išsaugoti ir susigrąžinti tada, kai saulės elektrinė nebedirba. 

Kalbant apie nepriklausomybę, galimi du energijos kaupimo principai:

– įrenginyje, kuris nėra prijungtas prie viešojo tinklo (off-grid) ir yra autonominis;

– įrenginyje, kuris prijungtas prie elektros tinklų (on-grid).

Elektros energijos vartojimo atidėjimas laike, nesinaudojant elektros pasaugojimo tinkluose paslauga, kuri pas mus kol kas nėra brangi, bet, kaip rodo keli pastarieji metai bei Vakarų Europos šalių praktika, turi tendenciją brangti. Unsplash nuotr.

Pirmasis variantas pasitaiko rečiau, jis naudojamas atokiuose, elektros įvado neturinčiuose namuose, vasarnamiuose arba laivuose. Ar tai gali užtikrinti energetinę nepriklausomybę ištisus metus? Daug kas priklauso nuo geografinės padėties: juk saulės elektrinės efektyvumas vienoks, kai ji dirba ten, kur per metus yra 300 saulėtų dienų, ir visai kitoks, kai ji sumontuota regione, kur dominuoja lietingi orai. Energijos poreikiai irgi skirtingi: pietinėse šalyse žiemą apsieinama ir be šildymo, o šiauriniuose kraštuose šildymo sezonas trunka ir beveik pusmetį, taigi skiriasi ir saulės elektrinės darbas, ir energijos poreikiai.

Tiesioginio pagamintos elektros sunaudojimo padidinimas

Energijos kaupikliai nepriklausomybės laipsnį gali padidinti, tačiau tas padidėjimas bus išreikštas tik procentais, o ne kartais. Vidutiniškai namų ūkis gali tiesiogiai panaudoti apie 30 proc. saulės elektrinės pagamintos energijos, visą kitą dalį jis turi kažkur saugoti. Jei dienos metu įjungsime daug energijos vartojančius buitinius prietaisus, tokius kaip indaplovė, skalbyklė ar džiovyklė, tiesioginę saulės elektrinės energijos vartojimo dalį galime dar kiek padidinti, tačiau ji nebus didesnė nei 40 procentų. Ar tokiu atveju verta elektros energijos perteklių nukreipti į namuose įrengtas energijos saugyklas?

Kitų šalių patirtis rodo, kad dauguma vartotojų pasirenka tą sprendimą, kuris jiems finansiškai naudingesnis. Vokietijoje, kur namų ūkių elektros energijos kaupimo rinka yra didžiausia, saulės elektrinių savininkai nesiekė didinti gaminamos energijos suvartojimo dalies tol, kol saulės elektrinių pagamintos elektros energijos supirkimo tarifai buvo dideli. Kai mokestis už į tinklą patiektą energiją buvo didesnis už iš tinklo gaunamos energijos kainą, didžioji namų ūkiuose pagamintos energijos dalis keliaudavo į tinklą. Padėtis ėmė keistis, kai vartotojai už į tinklą atiduotą energiją pradėjo gauti mažiau, nei mokėjo už iš tinklo gaunamą elektrą. Tuomet jie jau stengėsi panaudoti kuo daugiau saulės elektrinės pagamintos energijos, bet apie elektros energijos kaupiklius dar nesvarstė – per brangu. Bėgant laikui, skirtumas tarp į tinklus atiduodamos ir iš tinklų gaunamos elektros kainų tik didėjo (vartotojų nenaudai), natūraliai atsirado ir energijos saugyklų poreikis, juolab kad tokius sprendimus skatino ir paramos projektai.

Nors tendencijos buvo prognozuojamos, tačiau žmonėms savo kailiu reikėjo pajusti priklausomybę nuo elektros energijos kainų pokyčių. 

Ar įmanoma pasiekti šimtaprocentinę autonomiją? Teoriškai – taip, bet tada reikėtų gerokai padidinti nuosavą elektros gamybos ir kaupimo sistemą – tiek saulės elektrinės galią, tiek energiją kaupiančių baterijų talpą. Ekonominiu požiūriu toks sprendimas neperspektyvus, nes investicijos milžiniškos, jų atsipirkimo laikas labai ilgas. Rizikinga, ypač dabar, kai technologijų pažanga labai sparti ir niekas negali pasakyti, kas bus po 10–15 metų, ar tai, ką įsigysime dabar, nebus beviltiškai pasenę? Šiuo metu rinkoje esančių daugelio baterijų garantuojamas tarnavimo laikas – 6000 įkrovimo ir iškrovimo ciklų. Taigi, jei kiekvieną dieną ją įkrausime ir iškrausime, baterija, beveik neprarasdama savo savybių, tarnaus apie 16 metų. Tarnaus ir dar ilgiau, tik talpa bus sumažėjusi.

Unsplash nuotr.

Energijos kaupimo sistemų įtaka energetikai

Tai rodo didžiulę baterijų įtaką visai energetikos sistemai. Vokietijos energetikai džiaugiasi, nes ši tendencija tiesiogiai susijusi su atsinaujinančių energijos išteklių integracija tinkluose, geriau atskleidžia atsinaujinančių energijos šaltinių potencialą. Tačiau Vokietijos namuose sumontuotų baterijų ir įrengtų saulės elektrinių skaičiai – nesulyginami: 2022 m. pabaigoje šioje šalyje buvo daugiau nei 2,58 mln. saulės elektrinių, t. y. gerokai daugiau nei baterijų. Tačiau reikia įvertinti, kad saulės elektrinės Vokietijoje pradėtos įrengti maždaug prieš 20 metų, o namų baterijos išpopuliarėjo tik pastaraisiais metais.

2013 m., kai Vokietijoje buvo svarstoma paramos elektros energijos kaupykloms, Fraunhoferio saulės energijos sistemų institutas paskelbė tyrimą „Speicherstudie 2013“, kuriame atskleista, kokį poveikį tinklams galėtų turėti plataus masto energijos kaupyklų naudojimas kartu su namų saulės elektrinėmis. Paaiškėjo, kad, naudojant elektros energijos kaupyklas, namų poreikiams galima panaudoti iki 66 proc. saulės elektrinės pagamintos energijos, tinklams atiduodant 34 procentus. Tačiau, siekiant elektros tinklų darbo tolygumo, būtina, kad elektros energija į baterijas tekėtų vidurdienį, kai saulės elektrinių našumas didžiausias. Reikia skatinti taip naudoti energijos kaupyklas, kad jos nebūtų užpildytos anksčiau iki vidurdienio, kad per elektros gamybos piką visa perteklinė energija nebūtų atiduodama elektros tinklams.

Fraunhoferio instituto išvados atsispindėjo 2013 m. Vokietijoje pradėtose taikyti energijos kaupimo įrenginių įsigijimo paramos schemose: paramos gavėjų į tinklą tiekiamos elektros energijos kiekis per piką negalėjo viršyti 60 proc. saulės elektrinės galios. 2016–2018 m. paramos gavėjams buvo nustatyta griežtesnė sąlyga dėl į tinklą tiekiamos energijos kiekio – per gamybos piką ji negalėjo viršyti 50 proc. saulės elektrinės įrengtos galios. Buvo rekomenduojama net dar sumažinti į tinklą per piką tiekiamos energijos kiekį. 

Vokietijoje šiuo metu nėra nacionalinės subsidijų programos, skirtos saulės elektrines papildantiems energijos kaupikliams įsigyti, tačiau tokius namų ūkių žingsnius remia kelios federalinės žemės ir miestai.

Lietuvos Aplinkos projektų valdymo agentūra paraiškų priėmimą įsirengti elektros energijos kaupimo įrenginius – baterijas skelbė 2022 m. rugsėjį. Parama buvo skiriama gyventojams, kurie įsigyja geležies fosfato arba ličio jonų elektros energijos kaupimo įrenginį ir naudoja jį savo pagamintai elektros energijai kaupti. Kompensacija buvo teikiama nuo 0,5 iki 10 kWh talpos baterijai, bet gyventojai galėjo įsigyti ir talpesnius nei 10 kWh elektros energijos kaupimo įrenginius, tačiau maksimali kompensacinė išmoka skirta tik už 10 kWh talpą. Ličio geležies fosfato kaupikliui nustatytas 450,26 euro įkainis už 1 kWh, o ličio jonų kaupikliui – 391,08 euro dydis. Paramai iš viso buvo skirta milijonas eurų. Šis paramos etapas yra baigtas, tačiau šiais metais valstybės paramos etapas numatytas gegužės mėnesį.

Kokia baterija?

Pradiniame namams skirtų elektros energijos kaupiklių vystymo etape konkuravo dviejų tipų baterijos: ličio jonų ir tradiciniai švino – rūgštiniai akumuliatoriai (pirmiau minėtos geležies fosfato baterijos irgi yra ličio jonų baterijos tipas). Pirmųjų savybės, ypač energijos tankis, ilgaamžiškumas (skaičiuojant tiek tarnavimo laiką, tiek įkrovimo ir iškrovimo ciklų skaičių) buvo kur kas geresnės, o švino – rūgštinių akumuliatorių gamintojų pasiūlymų svarbiausias argumentas buvo kaina. Tačiau vos keleri eksperimentų metai viską išsprendė – namų ūkiuose ličio jonų baterijos tapo dominuojančios. Tam turėjo įtakos ne tik didėjantis baterijų efektyvumas, bet ir kainų mažėjimas. Kitų tipų baterijų, pavyzdžiui, natrio jonų, šiame rinkos segmente užimama dalis yra nereikšminga. 

Energijos kaupimo sistemos nėra naujiena rinkoje, tai daugelį metų kuriamos ir tobulinamos energijos kaupimo technologijos, tad tokią įrangą namų ūkiams siūlo dešimtys tiekėjų. Produktų ir įvairių sprendimų įvairovė – gana didelė. Atrodytų, vieno prekės ženklo 10 kWh energijos kaupiklis yra toks pats kaip ir kito prekės ženklo tos pačios talpos kaupiklis, tačiau tai tas pats, kas manyti, jog visi automobiliai su 4 ratais yra vienodi. Energijos kaupimo sistemos skiriasi svarbiomis detalėmis, funkcijomis, pajungimo galimybėmis, tad, norint išsirinkti tinkamą, reikia į šią temą gilintis, išsiaiškinti, kuo skiriasi įvairūs variantai, kokios jų galimybės. Čia jau tektų darbuotis su konkrečiais pasiūlymais, konkrečiais įrenginiais.

Elektros energijos kaupimo privalumai ir vienas trūkumas

Elektros energijos kaupimo privalumai: energijos tiekimas sutrikus tiekimui tinkle, didesnė nepriklausomybė nuo energijos tiekėjo, tolygesnis elektros tinklo funkcionavimas, patikimesnis energijos tiekimas ten, kur nėra prieigos prie viešojo tinklo, efektyvesnis saulės jėgainės darbas, taupymas, galimybė kurti nuosavą išmanų tinklą.

Energijos kaupiklių kainos labai skiriasi. Gana populiarūs 10 kWh talpos kaupikliai, užimantys mažiau vietos nei skalbyklė ar indaplovė ir naudojami kartu su standartinėmis 5–10 kWp galios namų saulės elektrinėmis. Didesnės talpos baterijų kaina patrauklesnė, nes jas įsigyjant paprastai už 1 kWh mokama mažiau, nei įsigyjant mažesnės talpos bateriją, bet optimali baterijos talpa priklauso nuo per dieną suvartotos energijos kiekio ir nuo to, kiek energijos reikia sukaupti tam paros metui, kai saulės elektrinė nebedirba. 

Baterijų kaina priklauso ir nuo įkrovimo laiko, atliekamų funkcijų spektro (pavyzdžiui, avarinio maitinimo funkcija), nuo įrengimo montavimo galimybės (pastato viduje ar išorėje), dizaino ir kt. Energijos kaupiklių kainos dabar yra gerokai mažesnės nei prieš kelerius metus, o jų eksploatacinės savybės – gerokai geresnės.

Vis tik nereikėtų pamiršti, kad nuosavas energijos kaupimas baterijoje yra trumpalaikio energijos kaupimo principas. Todėl dažnai energijos saugykla parenkama taip, kad ji galėtų patenkinti mažesnį nei vienos paros namų ūkio energijos poreikį. Didesnis energijos kaupimo pajėgumas paprastai pasirenkamas tais atvejais, kai namas yra atokiai, kai įvairios stichijos (stiprios vėtros) gali nutraukti elektros energijos tiekimą ilgesniam laikui, na ir, žinoma, tikrose off-grid sistemose, kurios neprijungtos prie elektros tinklų.