Финский университет LUT посчитал, сколько батарей нужно энергосистеме будущего: 1,6–1,8 кВт·ч на 1 кВт панелей для дома с сетью и 3–4 кВт·ч для автономного

Коротко: исследователи финского университета LUT во главе с Кристианом Брайером опубликовали обзор о роли батарей в энергосистеме, где почти всё дают солнце и ветер. Самый практичный вывод для владельцев домов: при сетевой станции оптимально ставить 1,6–1,8 кВт·ч батареи на каждый киловатт панелей, при автономной — 3–4 кВт·ч.

Что опубликовали в LUT

13 октября издание ESS News опубликовало статью Доминика Кайнера, Сиаваша Халили, Дмитрия Богданова и Кристиана Брайера из LUT University. Эта группа много лет строит модели энергосистем, где электроэнергию дают в основном солнце и ветер. Новая работа сводит вместе их расчёты о батареях: сколько их понадобится, во что они обойдутся и как распределить ёмкость между сетевыми накопителями, домами и электромобилями.

Главная мысль авторов: батареи — дешёвая опора будущей энергосистемы, причём в трёх видах сразу. Это стационарные накопители, батареи электромобилей и гибкая зарядка, которая подстраивается под сеть.

Цифры исследования

Отдельно авторы разбирают натрий-ионные батареи. По их оценке, натрий снимает вопрос нехватки лития: сырьё распространённое, а производить такие ячейки можно на линиях, которые изначально строили под литий-ионные.

Ещё один вывод касается электромобилей. Умная зарядка и обратная отдача энергии из машины в сеть (V2G) по расчётам LUT могут вдвое сократить потребность в сетевых накопителях и снизить годовые затраты энергосистемы примерно на 4 %. Выгода сохраняется, даже если владельцу машины платить за такую услугу 50–100 евро за МВт·ч.

Почему дому нужно больше батареи, чем энергосистеме

Для энергосистемы в целом хватает 0,8 кВт·ч на киловатт солнца: у неё есть ветер, гидростанции, перетоки между регионами и миллионы электромобилей. У частного дома таких резервов нет, поэтому батарея относительно больше. Дому с подключением к сети нужно перенести дневной избыток солнца на вечер. Автономному дому приходится ещё и переживать пасмурные дни, поэтому пропорция вырастает примерно вдвое.

Что это значит в Беларуси

Пропорцию LUT удобно использовать как первую прикидку. Например, для станции на 10 кВт панелей:

• дом с сетью — около 16–18 кВт·ч батареи;
• автономный дом — около 30–40 кВт·ч.

Такая станция в Беларуси выработает около 10–11 тысяч кВт·ч в год. Но зимой выработка в 5–8 раз ниже, чем летом. Поэтому для автономного дома одной пропорции мало: зимой батарея должна покрывать потребление в серые дни, а летом — не простаивать наполовину пустой. Здесь нужен расчёт по реальному графику нагрузки: см. гайд по подбору ёмкости накопителя и автономные системы.

Для дома с сетью пропорция особенно полезна при дифференцированном тарифе. С 17 до 22 часов электроэнергия стоит 0,5162 руб./кВт·ч, в остальное время — 0,1807 руб./кВт·ч. Батарея, которая к вечеру заполнена солнцем или ночным тарифом, закрывает самые дорогие часы. Сколько это даёт в рублях, можно проверить в калькуляторе многотарифного учёта.

Натрий-ионные батареи пока дороже и реже встречаются, чем LFP, но прогноз LUT подтверждает: стоимость хранения продолжит снижаться. Сравнение химий — в материале LFP против натрий-иона.

Выводы

• Ориентир для дома с сетевой СЭС — 1,6–1,8 кВт·ч батареи на 1 кВт панелей, для автономного — 3–4 кВт·ч.
• Пропорция — стартовая точка, а не готовый проект: в Беларуси зимний провал выработки требует расчёта по реальной нагрузке.
• При дифференцированном тарифе батарея нужного размера закрывает вечерний пик с 17 до 22 часов.
• Электромобиль с обратной отдачей в будущем может взять на себя часть работы домашнего накопителя.
• Авторы ждут, что натрий-ионные системы подешевеют с 120 евро за кВт·ч до 28,5–51,9 евро к 2050 году.

Источник: ESS News, LUT University.