Akumulace energie z obnovitelných zdrojů: Technologie a budoucnost

V roce 2025 se flexibilita a akumulace energie posouvají z okrajového tématu do první ligy. Dříve se o nich mluvilo jako o zajímavé technologii do budoucna. Dnes už jde o praktický nástroj, jak zvládnout rostoucí podíl obnovitelných zdrojů, ustát cenové výkyvy a zároveň snížit náklady. Schopnost uložit vyrobenou energii a využít ji teprve v případě potřeby je pro přechod na zelenou energetiku naprosto zásadní.

Akumulace energie je způsob, jak uložit přebytečnou energii a využít ji později, když je potřeba. Díky ní lze udržet stabilitu sítě a efektivně pracovat s obnovitelnými zdroji, jako je solární nebo větrná energie. Akumulace energie obnáší shromažďování a uchovávání elektřiny nebo tepla pro pozdější využití, třeba díky pronájmu bateriových uložišť (na trhu lze najít také vše od přečerpávací vodní elektrárny až po systémy na uchování tepla). Celý proces je klíčový pro vyrovnání rozdílů mezi výrobou a spotřebou. To pomáhá síti fungovat hladce a efektivně.

Co obnáší akumulace energie?

• Ukládání přebytečné energie: energie vyrobená v období nízké spotřeby se dá využít, když je potřeba více proudu (stačí k tomu vhodné řešení akumulace energie).
• Stabilizace sítě: akumulace pomáhá vyrovnávat výkyvy a zajišťuje spolehlivé dodávky energie.
• Podpora obnovitelných zdrojů: umožňuje efektivní využití energie ze slunce a větru i při kolísající výrobě.

Různé technologie akumulace energie

Existuje mnoho technologií akumulace energie pracujících na různých fyzikálních principech, které jsou více či méně rozvinuté a aplikované. Mezi hlavní patří:

• Akumulace elektrické energie - tvoří nejčastěji bateriové systémy, které patří k nejčastěji používaným technologiím, které ukládají energii ve formě chemické energie a přeměňují ji zpět na elektřinu podle potřeby.
• Tepelná akumulace - tato metoda využívá ukládání přebytečného tepla do vody, solí nebo jiných materiálů.
• Mechanická akumulace - sem řadíme například přečerpávací vodní elektrárny, kdy přebytečná elektřina čerpá vodu do vyšší nádrže, odkud je později uvolňována a pohání turbíny.
• Chemická akumulace - sem můžeme zahrnout například vodíkové systémy, kdy se přebytečná elektřina se používá k výrobě vodíku prostřednictvím elektrolýzy.

Bateriové systémy

S přibývajícími fotovoltaikami a dalšími obnovitelnými zdroji energie přibývá i momentů, kdy elektřiny máme moc - nebo naopak málo. Bateriové systémy dnes nejsou jen doplněk k fotovoltaice. Stávají se aktivním prvkem v řízení celé energetiky. Díky novele zákona Lex OZE 3 už navíc můžete sdílet i energii uloženou v samostatném bateriovém úložišti - bez nutnosti mít budovu.

Čtěte také: Více o akumulaci vyvlastněním

Jedním z praktických příkladů je projekt realizovaný ve firmě, která se zabývá skladováním potravin. Společnost se rozhodla investovat do fotovoltaiky o výkonu 300 kWp a velkokapacitní baterie téměř 1 MW. Primárním cílem bylo zajistit záložní zdroj energie - v případě výpadku by totiž došlo ke znehodnocení uloženého zboží. Výsledek? Úspora 68 % spotřeby energie, což je v rámci průmyslového objektu velmi výrazný pokles. Celková investice dosáhla 17 milionů korun, přičemž díky dotaci z Modernizačního fondu pokryla společnost z vlastních zdrojů jen 10,2 milionu.

Tento příklad dobře ukazuje, že baterie už dnes nejsou jen záložní systém - v kombinaci s fotovoltaikou a chytrým řízením spotřeby mohou být ekonomicky velmi zajímavé a přináší konkrétní úspory.

Typy baterií

• Olověné akumulátory: Vynikají odolností vůči nízkým teplotám, bezpečností a cenou.
• Nikl-kadmiové (NiCd) a nikl-železné (NiFe) akumulátory: NiFe neobsahují olovo a kadmium, které jsou nebezpečné pro životní prostředí.
• Nikl-metalhydridové (NiMH): S hustotou energie 120 kWh/m3.
• Lithium-iontové (Li-Ion): Mají trojnásobnou hustotou energie, účinnost přesahuje i 90 %. Mohou absolvovat až tisíce cyklů hlubokých vybití a nabití.
• Sodíko-sírové (NaS) akumulátory: Musí pracovat při teplotě mezi 300˚C až 350 ˚C, mají energetickou hustotu 150 - 240 kWh/m3.

Přečerpávací vodní elektrárny

Jde o soustavu dvou či více nádrží v různé výšce. Přebytečná energie se využívá k přečerpání vody do vyšší nádrže, odkud je poté samospádem vpouštěna přes turbíny generátorů do nádrže nižší. Pro: Spolehlivý, vyzkoušený a flexibilní nástroj pro uchování energie, řízení soustavy, udržování výkonové rovnováhy a další podpůrné služby. Dá se dobře škálovat a pokryje i velké energetické nároky. Proti: Zřízení je závislé na geografických podmínkách. Legislativně také nejde o akumulaci, ale o výrobnu energie (podle nařízení EU s názvem „RfG“).

Power 2 X

Souhrnný název pro technologie využívající přebytečnou energii k výrobě tepla, syntetických paliv či k elektrolytické výrobě plynů (metanu či vodíku). Pro: Technologie má velký potenciál hlavně v oblasti výroby zeleného vodíku, který má sám široké možnosti využití v energetice a autodopravě. S masivním nástupem využívání zeleného vodíku jako zdroje pro sezónní akumulaci přebytků z OZE počítá i strategie EU. Podle ní by do roku 2050 měla kapacita vodíku přesahovat kapacitu bateriových úložišť a vytvořit tak efektivní mix akumulace - pro krátkodobé výkyvy i pro delší období. Proti: Vodík je extrémně náročný na skladování a distribuci. Ostatní technologie se potýkají s nízkou efektivitou a velkými ztrátami během ukládání a zpětného uvolňování energie.

Společně s vodíkem má jít z pohledu EU i ČR o druhý důležitý nízkoemisní plyn, jehož produkce a zpětné spalování v plynových a kogeneračních jednotkách v dobách nedostatku elektrické energie má být využíváno mj. jako nástroj sezónní akumulace.

Čtěte také: Vliv Energie na Přírodu

Mechanická úložiště

Energie je využívaná ke stlačování vzduchu nebo vytahování závaží, která jsou poté spouštěna a vlastní vahou pohání generátory elektřiny. Pro: V principu jde o jednoduchá mechanická zařízení nevyžadující složitý vývoj nových technologií. Proti: Existují zatím pouze prototypy, v praxi se ukazuje malá účinnost i funkčnost.

Thermal Energy Storage (TES)

V této sekci bude pozornost věnována principu Thermal Energy Storage (TES), tedy metodě předpokládající ukládání energie ve formě tepla. Tato metoda je nejen vhodná pro aplikaci sCO2 oběhů, ale má i řadu dalších výhod v porovnání s jinými principy akumulace energie. Centrální komponentou systému TES je tepelný zásobník. Obvykle se jedná o nádobu vyplněnou akumulačním materiálem, který může být v různých formách. Volba akumulačního materiálu ovlivňuje uspořádání systému i provozní parametry. Zásobník je nabíjen přebytkovým vysokopotenciálním teplem z energetických nebo jiných průmyslových procesů. Další možností nabíjení je využití přebytkové elektrické energie, například z obnovitelných zdrojů, nebo přímo ze sítě. Elektřinu lze s vysokou účinností transformovat na teplo, a to je pak stejným způsobem ukládáno v zásobníku. Využití uložené energie lze rovněž provést různými způsoby, v případě velkokapacitních a vysokoteplotních úložišť je však prakticky jedinou možností využití tepelného oběhu. Uložené teplo lze prostřednictvím tepelného oběhu konvertovat na elektřinu, případně lze využít pro kombinovanou výrobu elektřiny a tepla. Účinnost oběhu pro zpětnou konverzi pak v tomto případě silně ovlivňuje celkovou účinnost akumulace.

Základními sledovanými parametry akumulačních technologií jsou kapacita, výkon nabíjení a vybíjení, doba akumulace a účinnost akumulace. Dalšími parametry jsou pak například investiční a provozní náklady, flexibilita, živostnost, dostupnost materiálů nebo možnosti umístění. U systémů TES lze dosáhnout prakticky neomezených kapacit a výkonů. Největší současně provozované jednotky již mají kapacitu přes 1 GWht a výkony v řádu stovek MWt. Jednotky se navíc dají paralelizovat. Doba nabíjení a vybíjení je dána kapacitou a výkonem jednotky, u systému TES jsou obvyklé hodnoty v řádu jednotek až nižších desítek hodin. Zařízení je tedy možné provozovat v rámci denních cyklů. Doba akumulace je daná tepelnými ztrátami zásobníku a lze ovlivnit tepelnou izolací. Tepelnou energii lze uchovat po dobu několika dní až týdnů s relativně malým vlivem na RTE. Za nevýhodu TES systému lze považovat relativně nízkou účinnost RTE v případě využití pro zpětnou konverzi tepla na elektřinu. To je dáno především účinností vybíjecí části systému, tedy konverzním oběhem.

Technologické řešení TES systémů je relativně jednoduché. Navíc je možné využití dostupných a životnímu prostředí nezávadných materiálů. I z toho důvodu se předpokládají nižší investiční náklady vztažené na jednotku kapacity i výkonu, než i jiných akumulačních principů.

Akumulační materiály pro TES

• Akumulační materiál v pevném skupenství: Například kamenivo nebo kovové či keramické částice nebo bloky o různých velikostech.
• Akumulační materiál v kapalném skupenství: Například minerální olej, nebo roztavená sůl.
• Materiál se změnou fáze: V takovém případě je pro akumulace využíváno především skupenské teplo.

Využití akumulace energie

Akumulace energie má široké využití v různých oblastech, které pomáhají zlepšit efektivitu, stabilitu a dostupnost energie. Díky technologickému pokroku jsou akumulační systémy stále častěji nasazovány v domácnostech, průmyslu i v rámci energetických sítí.

Čtěte také: Udržitelná Budoucnost

• Domácnosti: Akumulace energie ze solárních panelů umožňuje pokrytí vlastní spotřeby i v době, kdy panely nevyrábějí, například v noci nebo při špatném počasí.
• Průmysl: Akumulační systémy slouží ke stabilizaci výroby a pokrytí špiček v poptávce.
• Energetická síť: Velkokapacitní bateriová úložiště nebo přečerpávací vodní elektrárny stabilizují síť při výkyvech mezi výrobou a spotřebou energie.
• Doprava: Bateriové systémy zajišťují napájení elektromobilů, elektrických autobusů a vlaků.

Překážky a výzvy

Problémy, se kterými se akumulace energie potýká, se dají v současnosti rozdělit do dvou velkých oblastí. První jsou překážky technologické. Samotná šíře variant akumulačních technologií naznačuje, že optimální úložiště stále ještě hledáme. Pozitivní je, že se téměř ve všech oblastech technologie zlepšují. Především u baterií se daří nahrazovat vzácné materiály dostupnějšími, levnějšími a udržitelnějšími variantami a zdá se, že se snad již brzy dočkáme dlouho ohlašovaného příchodu akumulátorů s pevným elektrolytem (solid state bateries).

Poněkud paradoxně se akumulace daleko více potýká s problémy legislativními. Na úrovni EU se například již dlouho diskutuje o komplexním nastavení pravidel celého životního cyklu baterií, které by mělo zajistit snížení uhlíkové stopy a zvýšení celkové udržitelnosti a stanovit pravidla pro recyklaci. Nařízení EU se aktuálně projednává pod taktovkou francouzského předsednictví, finální znění by měla v druhé polovině letošního roku dokončit nastupující Česká republika. Opět jde trochu o paradox, protože samotná česká legislativa zatím akumulaci jako samostatný obor vůbec nezná a považuje ji pouze za součást technologie výroby energie.

Jednou z nich je Asociace pro akumulaci energie, jejíž výkonný ředitel Jan Fousek k celé věci podotýká: „Naše asociace a další organizace se snaží prosadit legislativní zakotvení stand-alone baterií i dalších forem akumulace, například zeleného vodíku, do energetického zákona už od roku 2017.“

Budoucnost akumulace energie

Budoucnost akumulace energie je spjata s pokrokem v materiálových vědách, vývojem nových technologií a rostoucím zapojením obnovitelných zdrojů do energetického mixu. Rostoucí využití vodíku jako média pro dlouhodobé skladování energie a jeho potenciál v průmyslu a dopravě představuje další významný krok v akumulaci energie.

3 trendy v akumulaci energie:

1. Dotační tituly ze státního fondu i modernizačního fondu nově pokrývají i akumulaci. U některých projektů může podpora dosahovat až 50 %.
2. Distribuční síť zatím nestíhá tempo změn. Připojení nových obnovitelných zdrojů energie nebo baterií často naráží na limity infrastruktury.
3. Firmy a obce začnou své baterie využívat nejen pro vlastní potřebu, ale i jako službu.

Flexibilita a akumulace nejsou buzzwordy - jsou to konkrétní nástroje, které pomáhají zvládnout přechod na udržitelnou, decentralizovanou energetiku.

tags: #akumulace #energie #z #obnovitelných #zdrojů #technologie

Oblíbené příspěvky:

• Nejlepší koupelnové sifony
• Jak vybrat WC: Kompletní průvodce
• Jak se recyklují PET lahve?
• Dopady mechanického znečištění vody
• Móda a květiny