Té reklamě se v podstatě nedá vyhnout: „Takže pane Sysel, takže vy chcete solární energii, kterou vyrobíte v létě ukládat na zimu? Jako jak jako, jako do spíže?“ Ponechme zadavateli reklamy, jak se s tím vypořádá, ale faktem je, že elektrická energie živící naši civilizaci se dá skladovat jen s obtížemi.
Spotřeba elektrické energie se výrazně mění nejen v průběhu dne, ale spolu s teplotami a počasím i v průběhu roku. Důraz, který kladou ekologičtí aktivisté na takzvané alternativní zdroje energie, právě zde naráží na to, že opravdu neumíme poručit větru či slunečnímu svitu, aby pro nás vyráběl elektřinu, když ji nejvíc potřebujeme. Zatím nejvíce takzvané základní zatížení elektroenergetické sítě i špičky odběru pomáhají vyrovnávat akumulační vodní elektrárny, ale i dodávky od sousedních států přeshraničními přenosovými linkami.
Do vody, nebo do vzduchu?
Místa pro nové přečerpávací a akumulační vodní elektrárny, připravené naběhnout na plný výkon během několika minut, už prakticky v Evropě nejsou. Pro jejich výstavbu je nejen potřeba dostatek vody, patřičný spád, ale i souhlas ekologů a místních samospráv. Krom nemalých nákladů na výstavbu ovšem při ukládání energie její část nenávratně ztrácíme. V době přebytku levnější elektrické energie elektrárny čerpají vodu z dolní nádrže do výše položené horní nádrže, odkud pak v případě potřeby tato voda pohání turbosoustrojí.
Jestliže setrvačník spojíme s generátorem, bude se nám hodit i pro krátkodobé uskladnění elektrické energie.
Po celém světě je více než 500 takových elektráren a mezi nimi zaujímá čestné místo naše přečerpávací elektrárna Dlouhé Stráně o celkovém výkonu 650 MW. Na každou takto vyrobenou kWh je ale potřeba 1,3 kWh energie. Zatím největší kapacitu má japonská Kannagawa Hydropower Plant s šesti soustrojími o celkovém výkonu 2 820 MW. Je to vlastně obdoba přečerpávacích elektráren, ale místo vody se používá vzduch, jenž se pod tlakem vhání do utěsněných kaveren opuštěných dolů. V případě potřeby se stlačený vzduch vpustí do spalovací turbíny spolu s přídavkem plynu. Zatím z největších takto vybudovaných tlakových stanic, které stojí u města McIntosh v Alabamě, se ale nevrátí do sítě ani šedesát procent z vložené energie.
Elektřina v setrvačníku
Ukládat energii mechanicky je historicky nejstarším nápadem, který představuje stejný princip jako setrvačník. Kdysi toto zařízení pomáhalo překonávat mrtvé body klikového mechanismu parních strojů a dodnes se s ním setkáme v různých motorech.
Jestliže setrvačník spojíme s generátorem, bude se nám hodit i pro krátkodobé uskladnění elektrické energie, protože tu, kterou spotřebuje k roztočení, vrátí s účinností až 85 %. V současnosti to ovšem nejsou těžké kovové setrvačníky, ale mnohem lehčí, z vyztužených plastů, které lze na magnetických ložiskách ve vakuu roztočit na extrémně vysoké obrátky, až třeba na 100 000 otáček za minutu.
Přibývá ovšem zařízení a spotřebičů, které nesmějí být neočekávaně vypnuty. Pro ně je potřeba zajistit zdroj nepřerušovaného napájení, označovaný zkratkou UPS.
Jsou využívány v průmyslu pro krátkodobou rychlou regulaci, protože umožňují přesné udržování stabilní frekvence a rychle reagují. Účinnost je lepší než 80 % a jsou používány například u laserových impulsů. Elektřinou, kterou vyrobíme v alternativních zdrojích nebo mimo špičku, můžeme také rozkládat vodu na vodík a kyslík, odděleně skladovat a v palivových článcích pak v případě potřeby proměnit v elektrickou energii. Jak ovšem ukazuje příklad Solar-Wasserstoff-Projektu v německém Neunburgu vorm Wald, tak využití elektřiny z místní fotovoltaické elektrárny je po létech zkušeností desetkrát dražší, než kdyby byla čerpána ze sítě.
Teplo, chlad, nanotechnologie
Získanou přebytečnou energii můžeme také uskladnit jako teplo nebo chlad. Lze vyrobit led pro chladicí systém, či naopak zahřát nebo roztavit média, jako jsou různé soli či oleje. To často používají například sluneční tepelné elektrárny. Jiné možnosti poskytuje supravodivost. Tu dnes umíme vyvolat nejen za teplot blízkých absolutní nule, ale i za daleko příznivějších, jako je třeba teplota kapalného dusíku. Supravodivé systémy pro ukládání magnetické energie (Superconducting Magnetic Energy Storage – SMES) ukládají energii v magnetickém poli vytvářeném tokem stejnosměrného proudu v supravodivé cívce, která byla kryogenně ochlazena na teplotu pod její supravodivou kritickou teplotou.
Uložená energie může být uvolněna zpět do sítě vybitím cívky s účinností větší než 95 %, ovšem kvůli energetickým požadavkům na chlazení a vysokým nákladům na zařízení není zatím šance na rozšíření tohoto modelu skladování energie. Přibývá ovšem zařízení a spotřebičů, které nesmějí být neočekávaně vypnuty. Pro ně je potřeba zajistit zdroj nepřerušovaného napájení, označovaný zkratkou UPS (z anglického Uninterruptible Power Supply/Source).
Zdroje UPS jsou zatím nejčastěji tvořeny řadou paralelně zapojených akumulátorů typu Li-Ion. Jednou z dalších cest by mohly být ale nanotechnologie s novými principy akumulátorů, jež by mohly ukládat energii, aniž by do toho zapojily chemický proces. Je to například nanostruktura s miliardami magnetů, které přepólováním (magnetický tunelový přechod – Magnetic Tunnel Junction) změní magnetickou energii v elektrickou. Uvažuje se i o použití grafenu, tedy uhlíkové struktury o tloušťce jednoho atomu, která by mohla zvýšit kapacitu aktivní plochy v kondenzátorech.
Zapojíme gravitaci?
Do těchto spekulací, pokusů a zkoušek, založených na znalostech procesů vysoké fyziky či chemie, přišel s neotřelým nápadem švýcarský start-up Energy Vault. Nepotřebujeme k tomu znát nic jiného než to, že kdysi dávno spadlo na hlavu Isaaca Newtona jablko. Ano, musíme znát jen gravitaci. Nápad je jednoduchý – postavíme vysoký jeřáb se šesti rameny a kolem něj sklad těžkých betonových bloků navrchu s deskou, kterou může uchopit magnet. V době, kdy je elektrická energie levná, staví jeřáb kolem sebe věž z betonových bloků. Jestliže pak potřebujeme získat elektřinu zpátky, jeřáb betonové bloky spouští zpátky dolů a generuje tak energii; podle autorů nápadu dokonce s účinností okolo 85 %.
Betonová energie bude stát polovinu, co ona lithiová, navíc nebude stárnout.
Hlavní pozitiva této ideje jsou v tom, že veškeré použité technologie jsou osvědčené léty používání. Jestliže ovšem Vault Energy kalkuluje s tím, že bude potřebovat sto dvacet metrů vysoký jeřáb, jenž bude okolo sebe stavět věž z betonových bloků, asi bude těžké najít místo pro nepříliš vzhledný projekt. A jde i o plochu. Betonové bloky jí budou potřebovat hodně, několik desítek tisíc čtverečních metrů, zatímco lithiové baterie o stejně kapacitě by se „spokojily“ s řádově setinou.
Jestliže budeme kalkulovat dále, tak „betonová“ energie bude stát polovinu, co ona lithiová, navíc nebude stárnout. Nemusela by být také tato zásobárna postavena jako věž, ale naopak by bylo možné využít nějaký starý důl, kde by se jistě nevzhledná konstrukce schovala. Pak by ale zůstával ještě jeden problém, a to rychlost reakce… Ano, vyrobit elektřinu je věc jedna, uchovat ji věc druhá.
Reklama
zdroj: Quartz
