Úkol pro zájemce o Nobelovu cenu: Ukládání elektřiny

24. srpna 2018

Největší brzdou rozvoje světové energetiky je, že lidstvo dosud neumí ve velkém skladovat elektřinu. Od roku 1882, kdy byla postavena první přečerpávací elektrárna, jsme se v řešení tohoto problému příliš neposunuli. Jeho palčivost v posledních deseti letech prohloubil raketový nástup výrobně nestabilních obnovitelných zdrojů energie. Závodu v hledání řešení se účastní na celém světě mnoho týmů včetně českých. Na vítěze čekají sláva a bohatství, a pokud bude řešení založeno na nějakém novém principu, tak možná i Nobelova cena.

Většina účastníků soutěže se v současnosti věnuje rozvoji bateriových úložišť využívajících lithium-iontové baterie (Li-Ion). Jejich výhodou je především schopnost poskytnout uloženou elektřinu velice rychle, v řádu sekund až milisekund, což má značný význam zejména při zajišťování stability elektrické sítě. Nevýhodou je omezená kapacita. I hodně velká současná bateriová úložiště poskytují proud nanejvýš po dobu několika hodin.

Největší z nich koncem loňského roku uvedla do provozu v Austrálii firma Tesla. Hlavním úkolem systému o výkonu 100 MW je ochrana tamní sítě před blackoutem.

V Evropě je největší bateriový systém v Jardenlundu nedaleko německo-dánské hranice. Postavila jej dánská společnost Eneco ve spolupráci s Mitshubishi, má výkon 48 MW a kromě regulace sítě má v budoucnu sloužit i k vyrovnávání nestabilní výroby proudu ve větrných elektrárnách rozmístěných v Severním moři. Celková kapacita bateriových úložišť v Německu je v současnosti asi 150 MW, ale do konce letošního roku by měla vzrůst na 700 MW. Další větší systémy letos vznikají v Belgii a Švýcarsku. Celková současná kapacita evropských bateriových úložišť se odhaduje na přibližně 3 000 MW.

V Česku jsou aktuálně instalována dvě bateriová úložiště, každé s výkonem přibližně 1 MW. První vybudovala v Prakšicích nedaleko Uherského Hradiště společnost Solar Global ve spolupráci s holandskou firmou Alfen. Druhé vzniklo ve spolupráci Siemensu a E.ON v Mydlovarech u Č. Budějovic. Společnost ČEZ zahájila letos v květnu přípravnou fázi projektu velkokapacitního bateriového systému pro ukládání energie s kapacitou 3 MW v areálu elektrárny Tušimice. Zařízení bude od příštího roku využíváno i k testování různých režimů poskytování podpůrných služeb.

Vývojem a výrobou bateriových systémů se zabývají i některé české firmy. Společnost HE3DA přišla s Li-Ion bateriemi nové generace využívajícími nanotechnologie. Nové baterie mají výrazně lepší bezpečnostní charakteristiku a měly by najít uplatnění nejen v automobilovém průmyslu, ale i v bateriových úložištích.

Zaměření výrobců úložišť na Li-Ion baterie má za následek celosvětově strmý růst poptávky po lithiu a tím i jeho ceny a následně ceny baterií. I proto některé týmy jdou cestou tzv. vanadových průtočných baterií (Vanadium Redox Flow Battery - VRFB). Jejich největší výhodou oproti Li-Ion bateriím je především několika násobně vyšší životnost i účinnost. V USA je v provozu 2 MW systém, ale v čele rozvoje VRFB jsou nyní Číňané. Ti mají v rámci svého národního energetického plánu ve výstavbě 10 MW úložiště v provincii Liaoning a v přípravě dokonce i projekt o výkonu 200 MW.

Pozadu nezůstává Německo, kde chce firma Ewe Gasspeicher vybudovat 120 MW úložiště v bývalém solném dole nedaleko města Jemgum v Dolním Sasku.

V Česku se VRFB ve spolupráci se Západočeskou univerzitou a Vysokou školou chemicko-technologickou věnuje malá start-up firma Pinflow Energy Storage.

Zajímavou alternativu ukládání energie provozně ověřuje společnost Tesla v Anglii ve městě Bury poblíž Manchesteru. Systém LAES (Liquid Air Energy Storage) využívá přebytky elektřiny z fotovoltaických panelů ke stlačování a zkapalňování vzduchu, který se pak uchovává v ocelových tancích a v případě potřeby opět přemění na elektřinu. Jednotka o výkonu 5 MW byla uvedena do provozu letos koncem května.

Na podobném principu pracují úložiště energie systémů Power to Gas a Power to Heat (P2G resp. P2H). V systému P2G se elektřina v době jejího nadbytku v síti použije k výrobě vodíku nebo metanu, který se pak přidává do zemního plynu. Systém P2H využívá přebytky elektřiny k výrobě tepla, jeho akumulaci v kotli a následně opět k přeměně na elektřinu.

Na vývoji P2G se už do roku 2006 podílí i český Ústav jaderného výzkumu Řež, kde pracuje systém ukládání přebytků energie z fotovoltaických panelů do vodíku. Skládá se z fotovoltaické elektrárny, elektrolyzéru PEM (elektrická energie - vodík), zásobníku na stlačený vodík, palivového článku PEM (vodík - elektrická energie) a připojení do distribuční sítě.

Systém P2G je hodně využíván v Německu, kde mají v provozu 17 instalací s výkonem v řádu vyšších jednotek MW. Pro příští desetiletí ale plánují kapacity o jednotkovém výkonu až 100 MW. Jen tak je reálné uskutečnění plánu německé vlády, podle kterého by země měla do roku 2030 mít celkovou kapacitu úložišť až 3000 MW.

Ještě ambicióznější plány má Kalifornie. Americká Národní laboratoř pro obnovitelnou energii odhaduje, že pokud má tento unijní stát do roku 2030 pokrývat svou spotřebu elektřiny z 50% solární energetikou, bude potřebovat technologie pro ukládání energie o kapacitě 15 GW. To je 66 krát víc než je současná kapacita energetických úložišť v celých USA.

Reakcí na tento plán je na první pohled sisyfovský projekt ARES (Advanced Rail Energy Storage). Stejnojmenná kalifornská společnost buduje nedaleko městečka Pahrump v Nevadě deset kilometrů dlouhou trať, která má převýšení kolem 8%. Jezdit po ní bude těžkotonážní vlak tažený elektrickou lokomotivou. V době přebytku elektřiny vyrobené v okolních fotovoltaických a solárních elektrárnách vyjede na kopec a v čase energetické špičky se stovky tun hmoty díky gravitaci rozjedou z kopce dolů. Motory lokomotivy přepnuté do rekuperačního režimu přitom budou vyrábět elektřinu. Společnost předpokládá, že tak získá špičkový energetický zdroj o výkonu 50MW. Menší ověřovací systém prý prokázal, že zařízení je schopné pracovat s účinností až 85%.

Technologie

Energie

Mezinárodní den tolerance

Další články

Partneři