Společnost LEAG vybuduje největší bateriové úložiště elektrické energie v Evropě

Německý energetický koncern se sídlem v lužické Chotěbuzi odpovídá na útlum těžby hnědého uhlí a jeho následného využití v tepelných elektrárnách inovativním počinem: vybudováním průmyslového bateriového zásobníku elektrické energie, který se bude významně podílet na stabilizaci německé energetické soustavy.

Poblíž klasické hnědouhelné elektrárny Schwarze Pumpe (srbsky Carna Plumpa – obr. 1) v Dolní Lužici vznikne v roce 2019 moderní bateriový zdroj elektrické energie s výkonem 50 MW a s teoretickou výdrží až 1 hodina. Inovativní řešení je reakcí na plánovaný postupný útlum využití hnědého uhlí v konvenčních elektrárnách. V tradičním hornickém regionu jsou intenzivně hledány nové příležitosti, a to zejména v oblasti energetiky. Na těchto úkolech se podílí řada místních organizací a agentur v úzké spolupráci s vědeckovýzkumnou základnou Chotěbuzské univerzity. Kromě skladování energie ve formě plynů (vodík, metan, …) byl společnými silami připraven i zmiňovaný projekt bateriového úložiště s pracovním názvem BigBatt. Plánováno je využití lithium iontových akumulátorů typu NMC (nikl-mangan-kobalt) s vysokou hustotou energie, dlouhou životností a velkým počtem pracovních cyklů. Tyto vlastnosti umožní poskytovat systémové služby pro německou přenosovou soustavu na velmi vysoké kvalitativní a kvantitativní úrovni. Jedná se zejména o kompenzaci jalového výkonu v síti, vykrývání špiček a regulaci kmitočtu. To vše oproti dosud využívaným řešením v extrémně krátké reakční době. Navíc má být systém vybaven možností tzv. black startu, tzn. schopností znovuobnovení elektrifikační soustavy po jejím případném rozpadu. Tuto speciální funkci spočívající v obnovení síťového kmitočtu budou mít implementovány vybrané střídače (invertory), které mění stejnosměrné napětí z baterií na střídavé umožňující další transformaci až na napěťovou hladinu 110 kV.
Koncepce bateriového úložiště je navržena jako modulová z opakujících se segmentů určité kapacity (obr. 2). Ta je určena především množstvím bateriových racků (obr. 3), které se vejde do klasických přepravních kontejnerů a tvoří jádro systému sloužící k ukládání energie. Jeden bateriový stojan – rack obsahuje v navrhovaném řešení 17 bateriových modulů o napětí 714 až 999 V, jeden bateriový modul (obr. 4) o napětí 42 až 58,8 V sestává ze sérioparalelního zapojení jednotlivých článků Li-On (obr. 5).

V nejvyšším patře racku je umístěn modul automatiky, jištění a vypínání příslušného stojanu, tzv. modul BMS – Battery Management System, který se stará o správný provoz baterií, resp. o jejich odpojení v případě problémové situace. Do kontejnerů o délce 40 stop se zpravidla vejde něco přes 4 MWh elektrické energie o stejnosměrném napětí 1000 V. Jak již bylo zmíněno, o přeměnu stejnosměrného napětí na střídavé se starají tzv. střídače – invertory (obr. 6, 7). Protože přenést celý výkon kontejneru jedním střídačem je dosti obtížné, ke každému kontejneru je přiřazeno střídačů více podle parametrů daného přístroje – pro 4 MW zpravidla 2 až 4. Bateriové racky v kontejneru jsou pak rozděleny do sekcí nazývaných banky, kdy každá sekce přísluší jednomu střídači. Toto řešení umožní i věší diverzitu v případě poruchy. V takovém případě se odstaví jen část kapacity příslušející vadnému střídači.
Napětí ze střídačů se dále transformuje transformátory s více vinutími na střední hladinu 10 až 35 kV. V našem případě je zamýšleno střídavé napětí 480 V převést na hladinu 22 kV a dále přes rozváděč 22 kV a blokový transformátor na 110 kV, odkud se energie dále předává kabelem na připojovací bod síťového operátora. Samozřejmě stejná cesta, jen opačným směrem, slouží k nabíjení baterií.

Správnou funkci celého systému zajišťuje tzv. systém EMS – Energy Management System. Ten řídí procesy vybíjení a nabíjení dle aktuálních potřeb rozvodné soustavy. Zpravidla baterie nesmí být nikdy zcela vybité, ale ani zcela nabité. Jen tak se dají efektivně regulovat síťové parametry při zachování dlouhé životnosti článků. Zapomenout se v našem případě nesmí ani na dostatečnou zásobu energie pro black start. V rámci koncepce jednotného dispečinku bude systém EMS napojen do systému řízení elektrárny Schwarze Pumpe.
Co se časového plánu realizace týče, v prvním kvartále příštího roku bude zpracována projektová dokumentace, bude provedena příprava území a začátkem léta bude započata samotná realizace. Po nainstalování veškerého zařízení, propojení jednotlivých částí by koncem roku mohly proběhnout první zkoušky. Ostrý provoz je přitom plánován od poloviny roku 2020. Při projekčně technickém řešení nebudou opominuty ani otázky ekologie, požární bezpečnosti, hlukové zátěže apod.
Zajímavostí je i to, že zásobník s hodnotou investice přes půl miliardy korun zrealizuje česká společnost EGEM s.r.o.

Ing. Karel Toman