BESS

Elektrochemické akumulátory (batérie) premieňajú elektrickú energiu na chemickú. V zásade majú všetky batérie rovnakú štruktúru a pozostávajú z katódy a anódy, ktoré sú umiestnené v elektrolyte. Líšia sa použitým materiálom elektród a elektrolytu, čo určuje ich spotrebiteľské vlastnosti a konečné použitie. Delia sa podľa rôznych kritérií, napr. na primárne (nenabíjateľné) a sekundárne (nabíjateľné), podľa tvaru (valcové, diskové, hranolové), typu elektrolytu (kyslé, zásadité) alebo chemického princípu (napr. olovené, NiCd, NiMH, Li-ion, Li-Pol či alkalické).

Spomínaný výraz BESS sa v energetike využíva na označenie sekundárnych, teda nabíjateľných veľkokapacitných batériových systémov. Za posledné desaťročie dopyt po batériách výrazne vzrástol, najmä vplyvom rozmachu spotrebnej elektroniky a elektromobility. Popri kapacite a výkone sa čoraz väčší dôraz kladie na ich ekologický aspekt. Niektoré batérie totiž predstavujú pre životné prostredie záťaž, napr. z dôvodu obsahu toxických látok (napr. olovo, kadmium), naopak niektoré materiály (napr. nikel v Ni-MH batériách) možno recyklovať.

Čo sa životnosti týka, tá sa pri elektrochemických akumulátoroch počíta na nabíjacie a vybíjacie cykly, pričom za posledné roky sa výrazne posunula. Kým pri olovených batériách išlo rádovo o stovky cyklov, pri Ni-Cd už hovoríme o tisíckach. Treba uviesť aj problém s pamäťovým efektom (ireverzibilný pokles využiteľnej kapacity). Kým hlavne staršie generácie batérií mu podliehali v dôsledku neúplného vybíjacieho cyklu, moderné systémy týmto degradačným javom tak výrazne netrpia. Hoci bol vývoj sodíkových batérií (Na-ion) v minulosti vnímaný skôr skepticky, v súčasnosti predstavujú reálnu, ekologicky udržateľnú alternatívu lítiových akumulátorov.

Výhodou je hlavne vysoká dostupnosť a nízka cena sodíka. V súčasnosti batérie dominujú trhu s elektrickou energiou vďaka svojej okamžitej reakcii a vysokej účinnosti pri krátkodobom vyrovnávaní siete. Naopak vodík otvára dvere k strategickému sezónnemu skladovaniu a transformácii ťažkého priemyslu. Problémom pri BESS je krátkodobé skladovanie (v praxi od niekoľkých minút po niekoľko hodín či dní), čo vyplýva z chemických, fyzikálnych a najmä ekonomických vlastností batérií. Treba počítať s nepísaným pravidlom: čím väčšiu kapacitu/výkon chceme dosiahnuť, tým viac batériových článkov treba využiť, a teda treba rátať s vyššou cenou.

Veľkým podporovateľom batériových úložísk je Elon Musk (budeme ho spomínať aj v súvislosti s vodíkom). To, že batérie považuje za jasnú odpoveď na otázku Vodík vs. BESS: kto vyhrá?, dokázal tým, že po blackoute v Austrálii v roku 2016 sa zaviazal, že ak do 100 dní (od podpisu zmluvy) nepostaví pre krajinu funkčné batériové úložisko s výkonom 100 MW a kapacitou 129 MWh, dodá ho zadarmo. Termín nielen splnil, ale projekt Hornsdale Power Reserve zrealizoval za necelých 60 dní. Projekt pomohol výrazne stabilizovať sieť a aj znížiť výdavky za vysoké ceny elektriny počas špičiek.

Regionálne trendy

Podľa dokumentu IEA (International Energy Agency – Medzinárodná energetická agentúra) Batérie a bezpečná energetická tranzícia (Batteries and Secure Energy Transition) boli v roku 2023 batériové úložiská najrýchlejšie rastúcou komerčne dostupnou energetickou technológiou, pričom ich nasadenie sa medziročne viac ako zdvojnásobilo – inštalovaný výkon batériových úložísk sa zvýšil o 42 GW (obr. 1).

Zároveň výrazne vzrástlo využívanie elektrických vozidiel (o 40 % medziročne v r. 2023, čo predstavovalo približne 14 miliónov nových elektromobilov). Elektrické vozidlá tvorili viac ako 90 % celkového využitia batérií, pričom ich ročný objem dosiahol v roku 2023 rekordnú úroveň vyše 750 GWh, a to najmä v kategórii osobných automobilov. V dokumente sa ďalej uvádza, že globálne investície do batérií pre elektromobily vzrástli od roku 2018 osemnásobne a pri batériových úložiskách päťnásobne, pričom v roku 2023 dosiahli celkovo 150 miliárd USD.

Približne 115 miliárd USD smerovalo do batérií pre elektromobily, pričom Čína, EÚ a USA tvorili viac ako 90 % z tejto sumy. Čína dominuje v dodávateľskom reťazci batérií s podielom takmer 85 % a s významnými podielmi na výrobe aktívnych materiálov pre katódy a anódy. Ťažba a spracovanie kritických minerálov je tiež geograficky vysoko koncentrované, pričom Čína vedie v spracovaní väčšiny kritických minerálov. Podľa spomínanej správy IEA, rastúci dopyt po kritických mineráloch pre batérie znamená vytváranie bezpečných, odolných a udržateľných dodávateľských reťazcov.

Treba podporovať inovácie prostredníctvom výskumu a vývoja nových chemických zložení a dizajnu batérií, ako aj regulačné rámce na podporu ich recyklácie. Tu treba spomenúť pokrok, ktorý sa dosiahol pri využívaní sodíka. Sodíkovo-iónové batérie predstavujú najvýznamnejšiu technologickú alternatívu k tradičným lítiovým batériám. Sodík zásadne mení pravidlá hry najmä v stacionárnych úložiskách a cenovo dostupných elektromobiloch.

Hlavnými výhodami sú jeho vysoká dostupnosť a nízka cena. Sodík je šiesty najrozšírenejší prvok na Zemi (na rozdiel od vzácneho lítia, ten je na 30. mieste). Náklady na jeho získavanie sú podstatne nižšie ako pri lítiu a nepodliehajú geopolitickým výkyvom (nachádza sa prakticky všade). Kvôli nižšej objemovej aj hmotnostnej hustote sodíka sa dlho neuvažovalo o jeho využití práve v elektromobiloch. Aj tu však prebrala iniciatívu Čína a v roku 2024 predstavili prvé elektromobily poháňané výhradne sodíkovými batériami.

Vodík

Veľmi podobná situácia je aj s vodíkom, pričom po tomto energetickom nosiči dopyt v posledných rokoch tiež výrazne vzrástol. Výroba vodíka je pre životné prostredie záťaž, ak pochádza z fosílnych palív (tzv. sivý vodík, ktorého výroba je stále dominantná, obr. 3), naopak pri použití obnoviteľných zdrojov a elektrolýzy vody vzniká tzv. zelený vodík (farebná škála vodíka je pomerne pestrá). Čo sa celkovej účinnosti a skladovania týka, prechod na tzv. vodíkové hospodárstvo čelí výzvam spojeným so stratami pri stláčaní či skvapalňovaní, pričom technológie kompresie a kryogénneho uskladnenia sa za posledné roky výrazne posunuli.

Kým pri starších nízkotlakových nádržiach išlo o obmedzenú hustotu, pri moderných vysokotlakových zásobníkoch (až 700 barov) či kryogénnych nádržiach už hovoríme o vysokej účinnosti skladovania. Problémom je to, že pri oboch typoch uskladnenia sa spotrebuje obrovské množstvo energie a tak je celková účinnosť vodíka nízka (30 – 40 %), zatiaľ čo BESS má účinnosť 85 – 90 %. Treba uviesť aj problém s degradáciou komponentov (napr. krehnutie kovov či opotrebovanie membrán v palivových článkoch). Kým staršie systémy podliehali rýchlejšiemu opotrebovaniu v dôsledku nečistôt vo vodíku a nestabilného prevádzkového tlaku, moderné palivové články týmito degradačnými javmi tak výrazne netrpia.

Využitie vodíka v energetike bolo a dá sa povedať, že aj stále je vnímané skôr skepticky, najmä pre nákladnú infraštruktúru. Veľkým odporcom vodíka je napr. Elon Musk: označuje ho za vhodný len pre vesmírny priemysel a na označenie vodíkových palivových článkov (fuel cells) zvykne používať výraz fool cells, čo je slovná hračka a znamená niečo ako „bláznivý článok“. Napriek tomu vodík stále predstavuje reálnu alternatívu k tradičným palivám aj klasickým akumulátorom a hlavne zo strany Európskej únie sa doň vkladajú veľké nádeje.

Každá batéria trpí samovybíjaním. Batérie degradujú nielen cyklovaním, ale aj samotným starnutím v čase (tzv. kalendárna degradácia), a to bez ohľadu na to, či sa aktívne používajú alebo nie. Naopak vodík natlakovaný v nádrži vydrží bez väčšej zmeny celé mesiace. Tu však treba upozorniť na iný problém vodíkovej ekonomiky, a to na difúziu a úniky vodíka. Keďže vodík je najmenšia a najľahšia molekula vo vesmíre, dokáže prenikať cez medzery v kryštálovej mriežke materiálov, ktoré sú pre iné plyny nepriepustné.

Napriek tomu to čas uskladnenia výrazne neskracuje. V porovnaní s batériovým úložiskom, ktoré vykazuje degradáciu uloženej energie v dôsledku samovybíjania (dosahujúcu rádovo jednotky percent mesačne), je pri správne navrhnutej vodíkovej nádrži alebo kaverne únik spôsobený difúziou minimálny (pod 1 % za rok). Na dlhodobé (sezónne) skladovanie sa používajú napr. tieto riešenia:

  • Geologické ukladanie: V prípade obrovského priemyselného objemu sa vodík neukladá do kovových nádrží, ale vtláča sa hlboko pod zem do jaskýň. Soľné vrstvy sú pre vodík takmer dokonale nepriepustné a úniky sú tu takmer zanedbateľné.

  • Kompozitné nádrže: Pri menšom objeme (napr. v doprave alebo menších úložiskách) sa používajú nádrže, ktoré majú vnútornú vrstvu z vysokohustotného polyméru (špeciálny plast, ktorý difúziu minimalizuje) a vonkajší obal z uhlíkových vlákien kvôli pevnosti.

  • Chemické viazanie vo forme hydridov: Ak chceme vodík skladovať dlho a bezpečne, môžeme ho chemicky naviazať na iný nosič. Niektoré kovy alebo ich zliatiny majú schopnosť viazať pri vhodnej teplote a tlaku vodík. Proces je reverzibilný, teda následne sa po znížení tlaku alebo zvýšení teploty vodík opäť uvoľňuje. Hlavnými výhodami sú vysoká objemová hustota (v rovnakom objeme môže byť viac vodíka než v kvapalnom stave), nízky pracovný tlak (čo zvyšuje bezpečnosť) a dlhá životnosť. Naopak nevýhodami sú vysoká hmotnosť (nízka hmotnostná hustota), čo obmedzuje ich využitie v doprave, ale sú ideálne pre stacionárne úložiská energie.

Difúzia vodíka predstavuje nielen technický problém, ale je problémom aj vzhľadom na cenu a bezpečnosť infraštruktúry (drahé materiály, špeciálne ventily, polymérové vložky, monitorovanie tesnosti a pod.), ale nie je to limit, ktorý by bránil sezónnemu skladovaniu. Ďalším problémom pri prechode na vodíkové hospodárstvo je popri lacnej a veľkokapacitnej produkcii a následnému uskladneniu jeho distribúcia.

Zatiaľ čo batériové systémy využívajú už existujúcu elektrickú sieť, vodík vyžaduje špecifickú a nákladnú logistickú infraštruktúru. Za pozitívum možno považovať to, že je možné využitie, resp. úprava už existujúcej plynárenskej siete na jeho prepravu a tiež to, že vodík možno prepravovať v rôznych formách – stlačený plyn (plynovody), kvapalný vodík (kryogénne cisterny, tankery) alebo viazaný v chemických nosičoch. Preprava, ktorá nie je viazaná na existenciu elektrickej siete, sa teda v prípade vodíka môže naopak javiť ako jeho výhoda.

Regionálne trendy

V roku 2025 sa takmer 65 % globálneho vodíka vyrábalo zo zemného plynu, pričom až 27 % tejto produkcie priamo či nepriamo (cez export LNG) záviselo od dodávok z Blízkeho východu (obr. 3). Využívanie nízkouhlíkového vodíka v Európe rastie hlavne vďaka niektorým národným podporným programom a reguláciám, ako aj programom na úrovni EÚ. Na Blízkom východe sa nachádza aj najväčší rozostavaný projekt sveta – NEOM v Saudskej Arábii (2,2 GW), pričom vo fáze úvodného projektovania je ešte väčší Yanbu Hub (4 GW).

Miestne plánované kapacity dosahujú 430 kt ročne, čo predstavuje asi 10 % celosvetovo schválených nízkoemisných projektov, hoci polovica z nich exportne závisí od Hormuzského prielivu. Dôsledky konfliktu na Blízkom východe ovplyvnili aj celosvetové dodávky tovarov vyrábaných z vodíka – najmä chemikálií, ako je močovina používaná v hnojivách, amoniak a metanol. V roku 2025 si globálna produkcia amoniaku vyžiadala približne 34 Mt vodíka, pričom väčšina amoniaku sa použila práve na výrobu hnojív. Celkovo sa výroba amoniaku a metanolu podieľala na globálnom dopyte po vodíku približne polovicou.

V dokumente Globálny prehľad o vodíku 2026 (Global Hydrogen Review 2026), ktorý vypracovala Medzinárodná energetická agentúra (IEA – International Energy Agency), sa uvádza, že je dôležité, aby vlády navrhovali svoje stratégie na zmiernenie vplyvu energetických kríz, pričom kľúčovým prvokom je diverzifikácia, ktorá zvyšuje energetickú bezpečnosť. Ďalej uvádza, že krajiny môžu zvýšiť využívanie domácich energetických zdrojov tým, že namiesto plynu alebo uhlia použijú elektrolýzu na výrobu produktov na báze vodíka.

Predpokladá sa, že vodík bude zohrávať dôležitú úlohu pri podpore energetickej bezpečnosti v dlhodobom horizonte. Kontinuálna legislatívna a dotačná podpora zostáva kľúčovým predpokladom na elimináciu cenového znevýhodnenia nízkouhlíkového vodíka voči etablovaným konvenčným alternatívam, čo je podmienkou jeho akcelerácie na trhu v krátkodobom horizonte. V strednodobom výhľade bude globálna produkcia nízkouhlíkového vodíka vykazovať vyššie marginálne náklady v porovnaní s parným reformingom zemného plynu či splyňovaním uhlia.

Výnimku predstavuje Čína, kde sa predpokladá dosiahnutie nákladovej parity obnoviteľného vodíka do roku 2030. V ostatných regiónoch bude integrácia vodíkových palív nateraz podmienená cenovou prirážkou. K zníženiu nákladovej asymetrie v neprospech nízkouhlíkových palív môže dôjsť buď v dôsledku štrukturálne vyšších cien fosílnych palív, alebo technologickým pokrokom znižujúcim jednotkové náklady čistej produkcie. V roku 2025 zaznamenala globálna kapacita elektrolýzy vodíka nárast. Celkový inštalovaný výkon sa medziročne zdvojnásobil a prekročil hranicu 4 GW.

Treba však zdôrazniť, že uvedená hodnota je nižšia ako prognóza uvedená v správe GHR-25 (Global Hydrogen Review 2025), konkrétne o 700 MW. Tento rozdiel bol zapríčinený najmä časovým posunom realizácie projektov v Číne a Európe, ako aj rušením niektorých plánovaných kapacít (v celkovom objeme približne 130 MW). Vodík umožňuje využitie domácich zdrojov v sektoroch, kde je priama elektrifikácia problematická, čím efektívne zvyšuje energetickú sebestačnosť krajín.

Pre importérov energie predstavuje prechod na obnoviteľný vodík spôsob, ako eliminovať závislosť od nestabilných dodávok fosílnych palív a rizikových transportných trás. Ako výhoda vodíka sa zvykne uvádzať, že exportérom prináša vyššiu politickú flexibilitu a diverzifikáciu vývozných komodít vďaka univerzálnosti výrobných technológií. Predvídateľnosť nákladov je však výsadou čistého obnoviteľného vodíka, keďže alternatívy využívajúce technológie CCUS sú naďalej viazané na cenovú volatilitu fosílnych palív

Záver

Vráťme sa k otázke položenej v nadpise: kto vyhrá? Podľa názoru autorky ani jedna z uvedených technológií. Treba si totiž uvedomiť, že tieto technológie nestoja proti sebe, ale sa dopĺňajú. V modernom energetickom mixe môže BESS slúžiť ako „rýchlik“ na okamžité vyrovnávanie dennej ponuky a dopytu na lokálnej úrovni, zatiaľ čo vodík môže fungovať na strategické, národné a sezónne zálohovanie energie, príp. na dekarbonizáciu ťažkého priemyslu.

Poďakovanie

Tento článok vznikol vďaka podpore EÚ NextGenerationEU prostredníctvom Plánu obnovy a odolnosti SR v rámci projektu č. 09I04-03-V02-00033 a vďaka Agentúre na podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy č. APVV-20-0157 pre projekt Efektívne prepojenie energetických systémov miest pomocou pokročilých otvorených technológií.

Poznámka: Na generovanie obrázkov v slovenčine bola použitá umelá inteligencia.

doc. Mgr. Miroslava Farkas Smitková, PhD.
miroslava.smitkova@stuba.sk 
Slovenska technická univerzita v Bratislave
Fakulta elektrotechniky a informatiky
Ústav elektroenergetiky a aplikovanej elektrotechniky
Ilkovičova 3, 841 04 Bratislava