Progresul tehnologiilor de stocare a electricității amenință atât sistemul energetic centralizat, cât și industria de petrol și gaze

Dezvoltarea rapidă a micii producții descentralizate de energie electrică, generată de panourile solare instalate pe acoperișurile locuințelor și sediilor de companii, precum și progresul tehnologiilor de stocare a curentului electric, ar putea duce la o revoluție energetică de magnitudinea boom-ului american al hidrocarburilor extrase din șisturi bituminoase în ceea ce privește influența asupra economiei și vieții moderne, este de părere secretarul american pentru Energie, Ernest Moriz.

"E ceva spectaculos. Dezvoltarea este foarte, foarte rapidă", a spus Moniz, citat de Bloomberg.

Bateriile de stocare a energiei electrice permit consumatorilor de curent electric care dispun de centrale solare proprii, alimentate de panouri fotovoltaice instalate pe acoperișurile caselor, să înmagazineze energia produsă în timpul zilei, pentru ca aceasta să fie folosită ulterior pe timp de noapte, când panourile nu au ce capta. Tehnologiile de stocare a curentului electric vor transforma radical sistemul energetic american, a adăugat Moniz.

Progresul acestor tehnologii ar putea amenința modelul de business, vechi de 100 de ani, al monopolurilor din sectorul utilităților, cu vânzări totale anuale de energie electrică de circa 360 de miliarde de dolari. Tot mai mulți consumatori își reduc dependența de rețelele centralizate de curent electric, apelând la panouri solare și baterii de stocare pentru a-și reduce facturile la electricitate.

Pericol pentru companiile de petrol și gaze

"Stocarea energiei electrice este o imensă afacere", a punctat secretarul american pentru Energie.

Noile tehnologii precum forajul direcțional și fracturarea hidraulică în șisturi bituminoase au majorat producția americană de petrol cu un nivel record, de peste 1 milion de barili pe zi anul trecut, când se estimează că SUA a depășit atât Rusia, cât și Arabia Saudită, devenind cel mai mare producător mondial de țiței și gaze naturale.

Cercetătorii gigantului american Exxon Mobil au ajuns la concluzia că progresul sistemelor de stocare a energiei, cum ar fi bateriile utilizate de mașinile electrice, se numără printre cele mai mari pericole potențiale pentru industria de petrol și gaze, potrivit cărții "Private Empire" din 2012, scrisă de jurnalistul american Steve Coll.

"Este tehnologia energetică cu cel mai mare potențial de a afecta radical presupozițiile industriei petroliere despre transport", a scris Coll. Totuși, a adăugat acesta, cei de la Exxon au ajuns la concluzia că, cel puțin deocamdată, bateriile de stocare a curentului electric utilizate în industria auto nu au progresat suficient astfel încât efectul lor în economie să fie cu adevărat revoluționar.

Costuri în scădere

Proprietarii de locuințe pot utiliza baterii de stocare, alături de panouri solare, pentru a-și reduce și mai mult dependența de monopolurile de utilități și pentru a revinde în rețelele centralizate excedentul de electricitate neconsumat din producția proprie.

Producătorii de echipamente pentru producția de energie solară se implică tot mai mult în tot ceea ce înseamnă stocarea curentului electric. Se așteaptă ca costurile bateriilor de stocare să scadă, pe măsură ce fabricanții, cum ar fi Tesla Motors din industria auto electrică, majorează producția. În mai 2013, Tesla a finalizat restituirea creditului de de investiții și dezvoltare în valoare de 451,8 milioane de dolari care îi fusese acordat de către Departamentul pentru Energie al SUA în 2009.

Săptămâna trecută, CEO-ul Tesla, Elon Musk, a declarat că are în plan construirea unei "megafabrici" de baterii litiu-ion, care ar putea amenința și mai mult modelul de business al monopolurilor din utilități, reducând costurile stocării de energie electrică.

Costurile vehiculelor electrice s-au redus la jumătate în ultimii cinci ani, însă vor trebui să se mai înjumătățească o dată pentru a deveni accesibile pentru cumpărătorul mediu, estimează secretarul pentru Energie Ernest Moriz. Cei de la Tesla își propun reducerea costurilor bateriilor litiu-ion cu cel puțin 30%.

O baterie cât o centrală

AES Corp, cel mai mare operator de sisteme de stocare a electricității, își propune să vândă baterii suficient de mari încât să poată substitui centrale electrice întregi.

Aceste baterii vor costa între 10 și 500 de milioane de dolari bucata, în funcție de dimensiuni, și vor fi vândute companiilor de utilități și producătorilor de energie din surse regenerabile. Capacitatea de stocare a acestora poate ajunge până la 500 MW, spune președintele diviziei de stocare a companiei, Chris Shelton. Compania și-a operat propriile sisteme de baterii în ultimii doi anio, cu capacități de până la 64 MW, cantitate suficientă pentru alimentarea cu electricitate a 51.000 de locuințe de dimensiuni medii din SUA.

Bateriile vor stoca energia produsă în perioade în care aceasta este ieftină și abundentă, iar ulterior o vor reinjecta în rețelele electrice în perioade cu cerere mare. Aceste baterii ar putea înlocui centralele de back-up pe gaze naturale care sunt puse în funcțiune doar în momentele de vârf de sarcină din rețelele de transport, întrucât acestea sunt foarte scump de construit și operat, dat fiind că, uneori, funcționează doar câteva ore pe an.

În plus, aceste baterii pot compensa intermitența producției de energie din surse regenerabile, cum ar fi cea a parcurilor eoliene și a centralelor fotovoltaice. "Suntem capabili să concurăm cu centralele electrice pe gaze. Aceste baterii de stocare reprezintă viitorul în sectorul de utilități", spune Shelton.

Cu peste un sfert mai ieftin

Bateriile produse de AES Corp, care pot furniza electricitate pe perioade de până la 4 ore, vor costa circa 1.000 de dolari/KW, față de circa 1.350 de dolari/KW, cât a costat o centrală de back-up pe gaze construită recent, a adăugat acesta.

AES deține un sistem de baterii de stocare cu o capacitate de înmagazinare de 64 MW în West Virginia, care "concurează și câștigă zilnic pe piața en-gros de electricitate", a subliniat Shelton.

Primul sistem de acest tip va utilia baterii litiu-ion, care mai sunt folosite la laptopuri, smartphone-uri și mașini electrice. AES va oferi aceste produse în Hawaii și California, unde cererea este mare ca urmare a dezvoltării producției de energie eoliană și solară, precum și în Marea Britanie și Filipine.

Metale lichide

Un trailer încărcat cu 25 de tone de metale lichide ar putea reprezenta soluția celei mai mari probleme cu care se confruntă industria energiei produse din surse regenerabile: intermitența. Un start-up înființat de cercetători de la Massachusetts Institute of Technology (MIT) lucrează la transformarea acestui concept nou într-un produs comercial, reprezentând baterii de stocare a electricității bazate pe metale lichide, al căror cost va fi de sub 500 de dolari/KW, adică mai puțin de o treime comparativ cu bateriile de stocare cele mai utilizate în momentul de față.

Tehnologia promite să ofere o alternativă la sistemele de stocare a energiei bazate pe pomparea de apă, care au o pondere de 95% în totalul capacității de stocare de electricitate din Statele Unite. La prețul menționat mai sus, dezvoltatorii vor putea să construiască parcuri eoliene și centrale solare care să poată alimenta oricând rețelele de transport și distribuție, făcând energia regenerabilă la fel de previzibilă și de încredere ca cea produsă din gaze naturale sau cărbune, dar fără emisii de dioxid de carbon.

"Dacă putem duce costurile bateriilor pe bază de metale lichide la 500 de dolari/KW, vom schimba lumea. Stocarea de energie va compensa intermitența producției din surse regenerabile", spune Donald Sadoway, consilier științific principal al companiei Ambri Inc.

Compania a câștigat un grant de 250.000 de dolari de la statul New York pentru a dezvolta și a testa o baterie-prototip pe bază de metale lichide, în parteneriat cu cei de la Con Edison Inc. Ambri, sprijinită de miliardari precum Bill Gates sau Vinod Khosla, are în plan instalarea primelor două prototipuri la începutul anului viitor, la o bază militară din Massachusetts, precum și la un parc eolian din Hawaii. Prima facilitate de producție a fost deschisă în noiembrie anul trecut și se are în vedere construirea uneia mai mari în 2015.

"Pentru a le face ieftine ca braga trebuie să le faci din bragă"

Ambri este prima companie care mizează pe stocarea de energie cu ajutorul metalelor lichide, această tehnologie având potențialul de a remodela industria bateriilor, spune Brian Warshay, analist și expert în tehnologii energetice la Bloomberg New Energy.

"Nu există nimic care să poată concura această tehnologie. Dacă vor reuși să coboare cu costurile sub 500 de dolari/KW, va rezulta un preț realmente bun", este de părere Warshay.

Donald Sadoway, consilier științific principal al companiei Ambri Inc, totodată profesor de materiale chimice la MIT, nu dezvăluie compoziția bateriilor bazate pe metale lichide, dar precizează că este vorba de materiale "abundente" și ușor de colectat, aspecte esențiale pentru ca bateriile să fie eficiente din punct de vedere al costurilor.

"Pentru a le face ieftine ca braga trebuie să le faci din bragă", spune el. Unele versiuni mai vechi foloseau magneziu și antimoniu, separate de un strat de sare, pentru a înmagazina și a elibera electricitate. Acele materiale funcționau doar la temperaturi extrem de înalte și nu produceau suficientă tensiune. Sadoway și echipa sa au testat peste 1.000 de celule, cu zeci de aliaje și săruri, pentru a găsi o combinație viabilă din punct de vedere comercial. Tehnologia bazată pe metale lichide va trebui să concureze cu bateriile clasice litiu-ion, al căror cost ar putea coborâ la 1.000 de dolari/KW, față de o medie de 1.500 de dolari/KW în prezent.

"Tehnologia litiu-ion este mai potrivită pentru mașini și device-uri electronice portabile decât pentru sisteme de stocare mari care să alimenteze rețelele de transport și distribuție de electricitate. Bateriile litiu-ion de mari dimensiuni sunt prea scumpe de construit. N-are nici un sens să aduni laolaltă o grămadă de mici baterii", explică Sadoway.

Tehnologii concurente

Alte companii mizează pe alte tipuri de tehnologie. Duke Energy dispune de celule de stocare cu o capacitate totală de 35 MW la o fermă eoliană din Texas, celule furnizate de Xtreme Power Inc, firmă care, de altfel, tocmai și-a cerut falimentul, în ianuarie. International Business Machines Corp, ca și Toyota sau BMW, dezvoltă baterii litiu-aer pentru mașini electrice.

Colectarea și stocarea de energie din rețea costă circa 1.500 de dolari/KW în prezent, iar progresul în domeniu ar putea reduce costul la 575 de dolari în 2020. O locuință medie din SUA consuma, în 2012, 903 KWh pe an, potrivit Departamentului pentru Energie al SUA.

Sadoway se așteaptă ca bateriile pe bază de metale lichide ale Ambri să fie competitive în bătălia comercială cu sistemele de stocare hidro. Cea mai comună formă de stocare presupune pomparea de apă spre un rezervor aflat la înălțime în momentele în care cererea de electricitate este mică și eliberarea ei în generatoare hidro când consumul de electricitate crește. Unele facilități de stocare hidro au capacități care depășesc 1 GW, însă nu pot fi construite decât în zone în care relieful o permite.

SUA dispune în prezent de 23,4 GW de capacitate de stocare hidro, față de doar 304 MW disponibili în sisteme de stocare cu baterii. "Bateriile noastre pot fi livrate în camioane și vor fi o alternativă viabilă la sisteme de stocare hidro, pentru care ai nevoie de un deal, de o hidrocentrală și de multă apă. Sistemele noastre nu se confruntă cu nici o constrângere geografică", conchide Sadoway.