Kam schovat elektřinu

20.6.2013

VÝHLEDY S nárůstem podílu obnovitelných zdrojů rostou i příležitosti pro technologie uchovávání přebytkové elektřiny.

Její prodej v době zvýšené poptávky a tím stabilizaci sítě. Které z nich mají šanci na úspěch?

screen_shot_2013-10-31_at_17.34.25.png

Elektřina byla vždy rychloobrátkové zboží. Výroba a spotřeba se musejí pohybovat zhruba na stejné úrovni, jen s malými rozdíly. Vyrovnání výroby a poptávky nikdy nebylo samozřejmostí, naopak z obchodního i manažerského hlediska šlo vždy o nepříjemnou komplikaci.

V posledních letech se ovšem se změnou politických priorit a rozhodnutí vyspělých států o přechodu k obnovitelným zdrojům z nepříjemnosti stala otázka principiální. Politické cíle jsou velmi ambiciózní a současné technologie a podoba rozvodné sítě se zdají být pro jejich naplnění nedostatečné.

Automaticky se tak otevírá na trhu nový segment: skladování energie. Tedy trend ukládat energii v době, kdy je jí přebytek, například během slunných víkendů či větrných nocí, a poté ji prodávat v době zvýšené poptávky. Tomu, kdo dokáže přijít s levnějším a rychlejším řešením, než jsou ty dosavadní (tj. stavba záložních zdrojů, posilování rozvodné sítě atd.), se nabízejí skvělé obchodní příležitosti.

Kde jsou nováčci?

Jednoduché to ovšem není. Protože skladování elektřiny je starý problém, je asi jasné, že v tuto chvíli není k dispozici žádné vyhovující řešení. To nejlepší v tuto chvíli realizovatelné řešení je také to vůbec nejstarší: přečerpávací vodní elektrárny.

V nich se energie skladuje s využitím zemské gravitace, tedy jako potenciální energie vody v nádrží. V době nízké poptávky čerpadla vodu přečerpají do nádrže nad elektrárnou, aby v době vysoké poptávky poháněla její turbíny. Přečerpávací elektrárny tak dokáží uchovat v podstatě po neomezenou dobu (když pomineme odpar vody) zhruba 60-75 % uložené elektřiny.

Může se zdát, že jde o poměrně malé číslo, ale z hlediska provozovatelů jde o skvělý byznys, především v poslední době. Přebytečné elektřiny je především právě díky obnovitelným zdrojům a způsobu jejich provozování na evropském trhu v tuto chvíli dost a bude jí zřejmě ještě přibývat, byť pomalejším tempem než dosud.

Naopak špičková elektřina je zapotřebí neustále. Přečerpávací elektrárny jsou tak skvělou obchodní příležitostí. (S trochou nadsázky se říká, že velcí hráči na trhu s elektřinou obcházejí v posledních letech Alpy a hledají kopce na prodej.)

Bohužel pro trh s elektřinou je počet příležitostí ke stavbě přečerpávacích elektráren omezený, a to jak geograficky, tak politicky a administrativně. Počet možných lokalit je limitovaný a stavba se potýká se stejnými časovými a administrativními potížemi jako každá jiná velká infrastrukturní stavba.

Nemají ale investoři alespoň nějakou jinou volbu? Není na trhu nebo nerýsuje se na obzoru nějaká nová technologie, která by mohla alespoň částečně přečerpávací elektrárny nahradit a umožnit skladování energie ve větším měřítku za přijatelných nákladů?

Samozřejmě se najdou společnosti i jedinci, kteří tvrdí, že mají produkt buď již nyní, nebo spíše „za pár let“ budou moci nabídnout něco podobného. Už i v České republice se objevily společnosti, které nabízely nebo chtěly nabízet zájemcům velkokapacitní baterie (např. vanadové průtokové baterie), třeba k vyhlazování dodávek elektrické energie.

Dat z provozu i od výrobců je ovšem poměrně málo. Dva vědci ze Stanfordovy univerzity, Charles Banhart a Sally Bensonová, se rozhodli, že se pokusí udělat jakousi inventuru současných přístupů ke skladování energie. Pokusili se vytvořit metodiku pro srovnání současných možností i jejich výhledů.

Do svého srovnání zařadili několik různých typů zvažovaných technologií baterií (od olověných akumulátorů po lithiové) s přečerpávacímí elektrárnami a také jednu méně známou, ale už používanou technologii: stlačeným vzduchem.

Energie za energii

Ve výsledku navrhují pro srovnání těchto technologií tzv. ESOI. Jde o zkrácení výrazu „energy stored on investment“, tedy poměr skladované energie a energie investované do výroby. (Jde o obdobu známější EROI: poměr získané energie na vynaloženou, který se používá pro základní srovnání různých energetických zdrojů.) Srovnání má tu výhodu, že fyzikální odhady mohou být přesnější než finanční, které výrobci tají mnohem úzkostlivěji než výkony svých zařízení.

Podívejme se nejprve, jak si vedla z finančního i technologického hlediska prověřená technologie přečerpávacích vodních elektráren. V průběhu jejich uvažované životnosti (ve studii to bylo 30 let, což v případě vodní elektrárny je ještě málo) byl výsledný ESOI 1:210. Elektrárna během oněch 30 let tedy dokáže udržet více jak dvěstěkrát více energie, než kolik bylo nutné k její stavbě.

Jde jen o doklad toho, co už je ověřeno: přečerpávací elektrárny mají fyzikální předpoklady být i komerčně úspěšné. Ještě o něco lépe si vedly vyvíjené technologie skladování energie ve stlačeném vzduchu, které zatím v běžné praxi nefungují. Budeme se jim více věnovat jindy.

Automaticky se tak otevírá na trhu nový segment: skladování energie. Tedy ukládání energie v době, kdy je jí přebytek, například během slunných víkendů či větrných nocí, a poté ji prodávat v době zvýšené poptávky.

Co ale například velké elektrické baterie? Různé technologie elektrochemických baterií měly poměr ESOI v rozmezí od 2 pro olověné akumulátory do 10 v případě moderních Li-on baterií. (Zhruba mezi nimi se umístily ještě již zmiňované vanadové, zinko-bromidové a sodíkovo-sírové baterie.)

Výsledky nejsou jen „na papíře“. Když se například před několika lety zajímala předběžně plzeňská Škoda Transportation o profitabilitu průtokové vanadové baterie, navržené právě pro síťové služby, výsledky expertizy byly velmi nepříznivé.

Ale rozdíl je až překvapivě veliký. Drastický rozdíl až dvou řádů je daný podle autorů analýzy především dvěma odlišnostmi. Jeden rozdíl je v počtu cyklů nabití a vybití (v případě přečerpávacích elektráren samozřejmě napouštění/vypouštění), které může daná technologie za svou životnost zvládnout. U přečerpávacích elektráren jich vědci uvažovali za 30 let více než 25 tisíc.

Z baterií jich nejvíce vydrží lithiové: podle autorů cca 6 tisíc (a i to je optimistický odhad za optimálních podmínek), na druhém konci spektra pak jsou olověné akumulátory, které jich zvládnou za dobu své životnosti pouze 700.

Prodloužení životnosti spíše než jejich kapacity se jeví podle autorů jako slibný a nezbytný krok k zaručení jejich možné budoucí konkurenceschopnosti. Značný prostor se nabízí i ve snaze snížit energetickou a materiálovou náročnost výroby baterií.

screen_shot_2013-10-31_at_17.34.37.png

Na základě dostupných údajů totiž Banhart a Bensonová dospěli k závěru, že na vytvoření jedné jednotky skladovací kapacity je zapotřebí zhruba 300 až 600 jednotek energie v průběhu výroby, těžby materiálu atd. (U přečerpávací elektrárny je „energetická kapitálová náročnost“ zhruba 100:1.)

Nevadí to v případě malého zařízení (třeba mobilního telefonu či počítače), kde má mobilní zdroj energie velkou přidanou hodnotu, ale pro síťové služby jsou takové systémy příliš drahé. Jejich masové rozšíření v případě, že by nespolehlivé obnovitelné zdroje měly dodávat většinu spotřebované elektřiny, by si vyžádalo nereálně vysoké náklady.

Autor: spe

Svět plný energie > Témata > Kam schovat elektřinu

Aktuality
7.11.2019 Lomonosov na místě

AKTUALITY - První ruská plovoucí jaderná elektrárna Akademik Lomonosov dorazila na svou trvalou základnu blízko izolovaného ruského města Pevek na Čukotce, a stala se tak nejseverněji položenou jadernou elektrárnou. Rosatom má za cíl uvést elektrárnu do provozu do konce letošního roku. Společnost chce své malé plovoucí elektrárny s reaktory odvozenými od pohonných jednotek jaderných ledoborců nabízet do odlehlých oblastí, zatím ale žádné zahraniční zákazníky nemá. Mohou fungovat bez přestávky a potřeby doplnit palivo tři až pět let, elektrický výkon reaktorů je 70 MW.  celý článek

15.10.2019 Stát elektromobilů ve tmě

AKTUALITY - Zhruba milion domácností, firem, veřejných institucí a dalších odběratelů v americkém státě Kalifornie se v týdnu od 7. října ocitlo bez dodávky elektřiny. Tamní energetická společnost Pacific Gas and Electric Company (PG&E) je v několika postupných vlnách odstavovala kvůli snížení rizika vzniku lesních požárů.  celý článek

16.7.2019 Emisních povolenek znovu ubude

AKTUALITY - Přebytek emisních povolenek na trhu je podle dat Evropské komise pro 2019 stejný jako v loňském roce. celý článek

12.6.2019 177 GW obnovitelných zdrojů do provozu v roce 2018

AKTUALITY Podle Mezinárodní agentury pro energii (IEA) celkový instalovaný výkon obnovitelných zdrojů uvedených v roce 2018 do provozu činil 177 GW. celý článek

13.5.2019 Uranová kostka z válečného Německa

AKTUALITY - Fyziky z univerzity v Marylandu překvapila nečekaná anonymní zásilka, ze které se vyklubala palivová kostka z nacistického jaderného reaktoru. celý článek

  

Chcete dostávat své osobní vydání tištěného magazínu Svět plný energie?

Ano, chci

Podporujeme:

SVĚT PLNÝ ENERGIE

Webový magazín a tištěný
čtvrtletník přináší témata,
zajímavosti, rozhovory
a důležité informace nejen
ze světa plného energie.

Pro Lumius, spol. s r.o.
vydává Business Media CZ a BARIDA Agency

Redakce:
Josef Janků, Jan Gregor a další ...

Grafické zpracování:
Michael Ehrlich

Texty:
neoznačené materiály jsou redakční

Foto:
archiv firem a autorů, redakce,
Thinkstock

Kontakt:

Aktuality
7.11.2019 Lomonosov na místě

AKTUALITY - První ruská plovoucí jaderná elektrárna Akademik Lomonosov dorazila na svou trvalou základnu blízko izolovaného ruského města Pevek na Čukotce, a stala se tak nejseverněji položenou jadernou elektrárnou. Rosatom má za cíl uvést elektrárnu do provozu do konce letošního roku. Společnost chce své malé plovoucí elektrárny s reaktory odvozenými od pohonných jednotek jaderných ledoborců nabízet do odlehlých oblastí, zatím ale žádné zahraniční zákazníky nemá. Mohou fungovat bez přestávky a potřeby doplnit palivo tři až pět let, elektrický výkon reaktorů je 70 MW.  celý článek

15.10.2019 Stát elektromobilů ve tmě

AKTUALITY - Zhruba milion domácností, firem, veřejných institucí a dalších odběratelů v americkém státě Kalifornie se v týdnu od 7. října ocitlo bez dodávky elektřiny. Tamní energetická společnost Pacific Gas and Electric Company (PG&E) je v několika postupných vlnách odstavovala kvůli snížení rizika vzniku lesních požárů.  celý článek

16.7.2019 Emisních povolenek znovu ubude

AKTUALITY - Přebytek emisních povolenek na trhu je podle dat Evropské komise pro 2019 stejný jako v loňském roce. celý článek

12.6.2019 177 GW obnovitelných zdrojů do provozu v roce 2018

AKTUALITY Podle Mezinárodní agentury pro energii (IEA) celkový instalovaný výkon obnovitelných zdrojů uvedených v roce 2018 do provozu činil 177 GW. celý článek

13.5.2019 Uranová kostka z válečného Německa

AKTUALITY - Fyziky z univerzity v Marylandu překvapila nečekaná anonymní zásilka, ze které se vyklubala palivová kostka z nacistického jaderného reaktoru. celý článek

  

Chcete dostávat své osobní vydání tištěného magazínu Svět plný energie?

Ano, chci

Podporujeme:

SVĚT PLNÝ ENERGIE

Webový magazín a tištěný
čtvrtletník přináší témata,
zajímavosti, rozhovory
a důležité informace nejen
ze světa plného energie.

Pro Lumius, spol. s r.o.
vydává Business Media CZ a BARIDA Agency

Redakce:
Josef Janků, Jan Gregor a další ...

Grafické zpracování:
Michael Ehrlich

Texty:
neoznačené materiály jsou redakční

Foto:
archiv firem a autorů, redakce,
Thinkstock

Kontakt: