Fotonapetostna elektrarna s hranilnikom električne energije: nujnost ali le dodaten strošek?
Pri novogradnjah fotonapetostnih elektrarn se je v zadnjem času ustvaril vtis, da je odločitev o izvedbi investicije predvsem povezana z gradbenimi omejitvami (razpoložljivost strešnih površin, orientacija in naklon strešnih površin, statična presoja objektov) in trenutnimi stroški povezani s porabljeno električno energijo. V praksi se je izkazalo, da je potrebno upoštevati še pogoje priključitve in oddaje električne energije v omrežje, profil odjema ter sočasnost porabe proizvedene električne energije.
Značilnost fotonapetostne elektrarne je ta, da proizvaja stohastično, oziroma takrat, ko je prisotno sončno obsevanje. Poslovni in industrijski objekti pa porabljajo električno energijo takrat, ko to zahteva delovni proces, obratovalni čas, hladilna in grelna tehnika, polnjenje voznega parka ali druga oprema. Med proizvodnjo in porabo zato najpogosteje ni ujemanja. Zato je lastni odjem osrednji kriterij pri presoji finančne smiselnosti investicije v fotonapetostno elektrarno. Električna energija, ki jo objekt porabi neposredno, nadomešča odjem iz omrežja v danem časovnem intervalu. Vrednost oddane električne energije v omrežje pa je odvisna od tržnih pogojev, pogodbenega razmerja, morebitnih omejitev oddaje in obračunskega modela. Dodatno je potrebno predvideti še stroške za omrežnino za priključno moč in energijo, ki je plačilo za uporabo elektroenergetskega sistema in vključuje med drugim prenosni in distribucijski sistem, priključno moč ter čezmerno prevzeto jalovo energijo.
Nadgradnja fotonapetostnih elektrarn s hranilnikom tako ni samoumevna, ampak je potrebno preveriti tehnično in finančno smotrnost le-te. Namreč hranilnik električne energije ni proizvodni vir električne energije, temveč oprema, ki omogoča shranjevanje električne energije in oddajo v omrežje, ko je to potrebno ali finančno ugodnejše. Vrednost hranilnika električne energije, ki se prigradi fotonapetostni elektrarni, je v tem, da spreminja časovni profil porabe. Opoldanski presežek iz fotonapetostne elektrarne se shrani in uporabi v poznejših časovnih terminih, na primer ob popoldanskem zagonu večjih porabnikov, ob konicah ogrevanja ali hlajenja ali v času višjega lastnega odjema. S tem se lahko ustvarijo prihranki zaradi nižjega odjema iz omrežja v dražjih časovnih blokih ali znižane moč odjema iz omrežja. Na ta način ostane nazivna proizvodnja fotonapetostne elektrarne enaka, se pa uporabnost proizvedene energije bistveno spremeni.
Velja opozoriti, da je pravilno zasnovan hranilnik elektroenergetski podsistem, ki ima definirano moč, zmogljivost, omejitve polnjenja in praznjenja, krmiljenje, zaščite, komunikacijo, nadzor, požarne zahteve in servisni režim. Obravnava hranilnika kot dodatne opreme ob fotonapetostni elektrarni predstavlja tveganje napačne zasnove. Izhodiščno je potrebno določiti razmerje med močjo in zmogljivostjo/kapaciteto hranilnika. Če poenostavimo, moč določa, kako hitro hranilnik lahko poseže v profil odjema ali oddaje, zmogljivost pa kako dolgo lahko to počne. Tako hranilnik električne energije, ki je primarno namenjen rezanju kratkotrajnih vršnih obremenitev/konic, ni enak hranilniku, ki je namenjen tržni arbitraži, kjer se prednost daje shranjevanju večurnih presežkov iz fotonapetostne elektrarne ali odjemu iz elektroenergetskega omrežja. Razmerje med močjo in zmogljivostjo določa tako imenovani C-razmerje (angl. C-rate), kjer visoko razmerje omogoča hiter odziv, vendar pomeni večjo obremenitev baterije. Kot tehnično in ekonomsko ugodno najpogosteje se izkaže razmerje moč/zmogljivost med 0,25 in 0,5.
Drugo zelo pomembno vprašanje je degradacija ali staranje hranilnika električne energije. Vsak cikel, globina praznjenja, visoka temperatura, dolgotrajno visoko stanje napolnjenosti in agresivno polnjenje vplivajo na življenjsko dobo. Garancija zato ni samo vprašanje let, temveč tudi števila ciklov, uporabne kapacitete, obratovalnih pogojev in dokazljivosti režima uporabe. Večina proizvajalcev zato ponuja garancijo opreme do omejenega števila ciklov polnjenja in praznjenja, največkrat omejeno na dva cikla na dan.
Nič manj pomembne so omejitve razsmerniškega sistema hranilnika električne energije, ki določajo največjo moč polnjenja, praznjenja, jalovo moč, delovanje ob izpadu omrežja in možnost otočnega obratovanja. Te omejitve narekujejo jasno ločitev kritičnih porabnikov, ustrezne zaščite, selektivnost, preverjen prehodni režim in nedvoumno odgovornost za obratovanje. To velja posebej v primeru uporabe hranilnika za namene rezervnega napajanja. Pogosto investitorji pričakujejo, da ob izpadu omrežja, objekt nemoteno obratuje naprej, saj ima nameščeno fotonapetostno elektrarno in hranilnik električne energije. V praksi to velja samo, če je sistem tako projektiran. Otočno obratovanje zahteva ustrezno topologijo, ločitev kritičnih porabnikov, selektivnost zaščit, preverjen prehodni režim, zadostno moč razsmernika in jasno določeno strategijo obratovanja. Hranilnik električne energije sam po sebi še ni UPS, fotonapetostna elektrarna pa sama po sebi ni rezervni vir električne energije.
Vir slike: chintpowerpakistanofficial(n.d.). Instagram. https://www.instagram.com/p/DXGUwefjO7e/?img_index=3
Nenazadnje ima lahko osrednjo vlogo pri uporabi hranilnika energetski nadzorni sistem oziroma t.i. EMS (angl. Enery Management System). V njem se morajo jasno opredeliti proizvodni profil fotonapetostne elektrarne, profil odjema, stanje hranilnika, pogodbeno dogovorjene meje, morebitno omejitev oddaje v omrežje in prioritete uporabnika. Napredni EMS sistemi upoštevajo še vremensko napoved in tržne razmere na energetskih trgih. Slabo nastavljen EMS lahko hranilnik izprazni pred dejansko konico ali ga napolni ravno takrat, ko bi moral sprejeti morebitne presežke proizvedene električne energije iz fotonapetostne elektrarne. Ročno upravljanje zato ni znak previdnosti, temveč znak, da sistem ni bil zasnovan kot obratovalna celota. Ekonomski učinek tako ni le odvisen od tehnike, temveč od obračunskih pravil, nastavitev hranilnika in prodajno-odkupnih pogodb. Vsak ponudnik baterijskih hranilnikov, ki predstavi izračunano vračilno dobo ali druge ekonomske kazalnike, mora jasno poudariti, da so pri izračunu upoštevane številne predpostavke in sedanje razmere na trgu električne energije, ki lahko znatno vplivajo na dejansko vračilno dobo. Sama, kot doktorica znanosti s področja poslovnih ved in pooblaščena inženirka za področje elektrotehnike, najraje strankam rečem, da je ocena ekonomskih kazalnikov zelo negotova, oziroma s potencialno veliko računsko napako, saj je to moje iskreno stališče. Način uporabe baterijskih hranilnikov je tisti, ki močno vpliva na povračilo investicije, zato je smotrno, da se strategija uporabe natančno uskladi s strokovnjaki, ki imajo zadostno tržno poznavanje energetskih trgov ter tehnično znanje o delovanju elektroenergetskih sistemov in naprav.
Na trgu na žalost opažam prevelike obljube, ki hranilnik predstavljajo kot univerzalno rešitev, ki prinaša hitra povračila investicije. V posameznih primerih je to res, vendar praviloma tam, kjer ima objekt visoko lastno rabo, izrazite konice ter nameščeno fotonapetostno elektrarno, ki ustvarja viške električne energije, ki so praviloma slabo vrednotene. Če ti pogoji niso izpolnjeni, se vračilna doba hitro podaljša, še posebej, če v izračunu niso upoštevani degradacija, stroški zamenjave komponent, stroški rednega vzdrževanja in obratovalnega nadzora. Hranilnik ima ekonomski smisel takrat, ko rešuje prepoznan problem, v nasprotnem primeru postane predvsem dodatna investicija. Za zanesljivo oceno smotrnosti je nujna analiza 15-minutnih merilnih podatkov moči in energije v obdobju najmanj enega leta, saj povprečne mesečne ali letne vrednosti zakrijejo kratkotrajne konice in presežke, ki dejansko opredeljujejo potrebno moč in kapaciteto hranilnika.
IZS je decembra 2025 izdala dolgo pričakovan Priročnik za baterijske hranilnike električne energije (Matična sekcija elektro inženirjev; Zorec, Podbelšek, Kušar), ki na enem mestu predstavlja nujno potrebne informacije za načrtovanje hranilnikov električne energije, kot so povezana zakonodaja in standardi, pravilno umeščanje v prostor in v objekte, tehnična priporočila za projektiranje baterijskih hranilnikov električne energije, vidike električne in požarne varnosti, ki jih je potrebno upoštevati pri načrtovanju, izvedbi in vzdrževanju, ter druge povezane vidike. Razvoj področja je zelo intenziven, zato lahko predvidimo skorajšnjo novelacijo priročnika, a kljub temu, je sedanja izdaja odlična osnova za ureditev področja in preprečitev kaotičnega ravnanja pri načrtovanju, izvedbi in obratovanju hranilnikov.
Hranilniki električne energije prinašajo konkretne prednosti, kot so večja samooskrba z električno energijo, znižani stroški omrežnine za moč in energijo, predvidljivo obratovanje (EMS uskladi proizvodnjo, porabo in pogodbene omejitve), večja odpornost na morebitne izpade omrežja ter zmožnosti aktivne prožnostne storitve, ki lahko uspešno balansirajo omrežje. Kljub temu je med investitorji prisotna zaskrbljenost glede varnosti uporabe tovrstnih naprav. Baterijski sistem ni pasiven sistem, temveč naprava z veliko energijsko gostoto, močnostno elektroniko, krmiljenjem in toplotnimi robnimi pogoji. Vprašanje požarnega tveganja zato ni odveč, je pa napačno, če se iz tega sklepa, da je hranilnik že sam po sebi nesprejemljiv. V dobro zasnovanem projektu se požarna varnost obravnava enako resno kot pri transformatorski postaji, stikalnem bloku ali agregatu, z ustrezno izbiro tehnologije, lokacije, prezračevanja, požarne ločitve, detekcije, dostopnosti za intervencijo, dokumentacije in rednega vzdrževanja. Tveganje se ne odpravi z dobrim komercialnim prospektom opreme, temveč s pravilnim projektiranjem in obratovalno disciplino.
Pripravila:
Dr. Katerina Božič, mag. inž. el.,