Kdo vyřeší největší problém elektřiny, dostane Nobelovku

Největší brzdou rozvoje světové energetiky je, že lidstvo dosud neumí ve velkém skladovat elektřinu. Od roku 1882, kdy byla postavena první přečerpávací elektrárna, tedy jediný zatím známý fungující způsob, 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 čeká 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.

Tesla se snaží

Největší z nich uvedla do provozu koncem loňského roku firmaTesla v Austrálii. 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, kde jej postavila dánská společnost Eneco ve spolupráci s Mitsubishi. Má výkon 48 MW a kromě regulace sítě poslouží v budoucnu i k vyrovnávání nestabilní výroby proudu ve větrných elektrárnách rozmístěných v Severním moři. Celkový výkon bateriových úložišť v Německu je v současnosti asi 150 MW, ale do konce letošního roku by měl vzrůst na 700 MW. Další větší systémy letos vznikají v Belgii a Švýcarsku. Celkový současný výkon evropských bateriových úložišť se odhaduje na přibližně 3 000 MW.

Ani Čechy nejsou pozadu

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. (Psali jsme o něm zde: https://www.3pol.cz/cz/rubriky/bez-zarazeni/2119-prvni-velkokapacitni-uloziste-energie-v-cr.) Druhé vzniklo ve spolupráci Siemensu a E.ON v Mydlovarech u Českých Budějovic. Společnost ČEZ zahájila letos v květnu přípravnou fázi projektu velkokapacitního bateriového systému pro ukládání energie s výkonem 3 MW v areálu elektrárny Tušimice. Zařízení poslouží od příštího roku i k testování různých režimů poskytování podpůrných služeb.

Vývojem a výrobou bateriových systémů se zabývají i některé české firmy. Společnost HE3DA mluví o Li-Ion bateriích využívajících nanotechnologie. Nové baterie s výrazně lepší bezpečnostní charakteristikou by měly najít uplatnění nejen v automobilovém průmyslu, ale i v bateriových úložištích.

Náhrada lithia?

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 jdou některé týmy cestou tzv. vanadových průtočných baterií (Vanadium Redox Flow Battery – VRFB). Jejich největší výhodou oproti Li-Ion bateriím je především několikanásobně vyšší životnost i účinnost. V USA je v provozu 2MW systém, ale v čele rozvoje VRFB jsou nyní Číňané. Ti mají v rámci svého národního energetického plánu ve výstavbě 10MW úložiště v provincii Liaoning a v přípravě dokonce i projekt o výkonu 200 MW. Pozadu nezůstává Německo, kde chce firma Ewe Gasspeicher vybudovat 120MW 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.

Ukládání do zkapalněného vzduchu

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.

ÚJV Řež pracuje na vodíkové energetice

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.

Velké plány na všech stranách

Systém P2G se hodně využívá 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 reálném může uskutečnit plán německé vlády, aby měla země do roku 2030 celkový výkon úložišť až 3 000 MW. (O německých projektech jsme psali zde: https://www.3pol.cz/cz/rubriky/obnovitelne-zdroje/980-zasnuby-obnovitelnych-zdroju-s-vodikem.)

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 výkonu 15 GW. To je 66 krát víc než je současná kapacita energetických úložišť v celých USA.

ARES

Reakcí na tento plán je na první pohled sisyfovský projekt ARES (Advanced Rail Energy Storage, psali jsme o něm zde: https://www.3pol.cz/cz/rubriky/fyzika-a-klasicka-energetika/1925-ares-sisyfovska-prace-nemusi-byt-marna). Stejnojmenná kalifornská společnost má v úmyslu vybudovat nedaleko městečka Pahrump v Nevadě deset kilometrů dlouhou trať s převýšením kolem 8 %. Po ní bude jezdit těžkotonážní vlak tažený elektrickou lokomotivou. V době přebytku elektřiny vyrobené v okolních větrných a solárních elektrárnách vyjede na kopec, odkud se v čase energetické špičky rozjedou stovky tun hmoty díky gravitaci dolů. Přitom budou motory lokomotivy přepnuté do rekuperačního režimu vyrábět elektřinu. Společnost tak chce získat špičkový energetický zdroj o výkonu 50 MW. Menší ověřovací systém prý prokázal, že zařízení je schopné pracovat s účinností až 85 %.

O některých nových možnostech jsme psali např. zde: https://www.3pol.cz/cz/rubriky/fyzika-a-klasicka-energetika/1956-skladovani-elektriny-tandem-ultrakondenzatory-baterie

a o australském projektu zde: https://www.3pol.cz/cz/rubriky/obnovitelne-zdroje/2198-virtualni-elektrarny-a-sdilena-elektrina.

Zdroje a další informace:

https://www.iea.org/renewables/#section-3-3

https://news.enecogroup.com/eneco-and-mitsubishi-corporation-construct-largest-battery-in-europe/

https://www.highviewpower.com/technology/

https://www.vscht.cz/popularizace/doktorandi-pisou/kam-s-elektrinou#

https://www.platts.com/latest-news/electric-power/london/feature-german-battery-capacity-to-reach-700-26916933

https://www.he3da.cz/

https://electrek.co/2017/12/21/worlds-largest-battery-200mw-800mwh-vanadium-flow-battery-rongke-power/

http://punengenergy.com/en/news_con.aspx?id=292

https://newatlas.com/brine4power-largest-redox-flow-battery/50405/

http://www.itm-power.com/project/thuga-power-to-gas

https://theenergyst.com/15mwh-liquid-air-energy-storage-plant-opens/

https://www.ujv.cz/file/edee/produkty_sluzby/nejaderna_energetika/vodikove_technologie/produktove_listy/d22_h2_produktovy-list_energetika.pdf