Energie z větru a slunce je nestálá a potřebuje efektivní skladování. Němečtí vědci z Fraunhoferova ústavu proto chystají u pobřeží Kalifornie test revolučního konceptu: obří betonové „baterie“ fungující na dně oceánu. Projekt si zajistil financování a teď může ukázat, co na myšlence je.
Na rozdíl od složitých chemických baterií je myšlenka podmořského úložiště založena na čisté fyzice. Systém funguje jako přečerpávací elektrárna, jen s tím rozdílem, že nepotřebuje dvě rozlehlé nádrže v krajině, druhou z nich nahrazuje tlakem okolního moře. V době přebytku elektřiny v síti, například když silně fouká vítr, výkonná čerpadla vytlačí mořskou vodu z duté betonové koule ukotvené na dně. V době nedostatku se ventily otevřou, obrovský tlak okolní vody vžene vodu zpět dovnitř přes turbínu a ta, podobně jako u klasické vodní elektrárny, vyrábí elektřinu.
Energie tedy není uložena v samotné vodě, ale v tlakovém rozdílu mezi prakticky prázdnou koulí a okolním mořem. Klíčová je proto hloubka. Optimální umístění má být v 600—800 m pod hladinou, kde panuje tlak 60 až 80 barů, díky němuž je možné „vtěsnat“ do relativně malého objemu velké množství energie. Betonová sféra je z konstrukčního hlediska ideální kombinací materiálu a tvaru, která tomuto extrémnímu tlaku dokáže efektivně a rovnoměrně odolávat bez nutnosti použití „exotických“, drahých materiálů.
Od nápadu k prvnímu testu
Myšlenka podmořského úložiště se objevila prakticky souběžně na dvou místech v roce 2011. V Německu si koncept patentovali fyzikové Horst Schmidt-Böcking a Gerhard Luther. V USA jej nezávisle prověřoval tým na univerzitě MIT, kde se o koulích uvažovalo jako o vedlejším produktu pro kotvení mořských větrných turbín.
Americký projekt ovšem zahynul na úbytě, zatímco ten německý se stal základem pro reálný výzkumný projekt StEnSea (stored energy in the sea). V listopadu 2016 tým z Fraunhoferova institutu ponořil do hloubky 100 m v Bodamském jezeře malý funkční prototyp s 3m průměrem. Během čtyřtýdenního testování systém opakovaně a úspěšně „nabíjeli“ vytlačováním vody a „vybíjeli“ jejím zpětným napouštěním přes turbínu. Experiment potvrdil, že koncept je funkční a spolehlivý, což otevřelo dveře pro plánování plnohodnotné oceánské verze.
Díky grantu ve výši 7,7 mil. USD od americké a německé vlády se projekt posouvá do další fáze. Do konce roku 2026 má být u Long Beach v Kalifornii instalována demonstrační jednotka, která prověří technologii v reálném mořském prostředí.
Půjde o kouli o průměru přibližně 9 m a hmotnosti 400 t, umístěnou v hloubce 550 m. Její výkon bude 0,5 MW a kapacita 0,4 MWh. Cílem testu není dodat masivní výkon do sítě, ale především ověřit dlouhodobý provoz, spolehlivost komponent a odolnost materiálů v náročných podmínkách slané mořské vody.
Čísla, která rozhodnou
Pohled na finance a parametry budoucí komerční verze naznačuje, proč je o projekt takový zájem. Plnohodnotná jednotka má mít průměr přibližně 30 m, výkon 5 MW a kapacitu 18—20 MWh. Nejdůležitějším údajem je však odhadovaná cena za skladování energie (tzv. LCOS), která se podle studií pohybuje kolem pěti eurocentů za kilowatthodinu. To je hodnota plně srovnatelná s velkými přečerpávacími elektrárnami a pro dlouhodobé skladování potenciálně výhodnější než baterie. Účinnost celého cyklu nabití a vybití je proponenty předběžně odhadována na solidních 70—80 %. Měla by být tedy srovnatelná s přečerpávacími elektrárnami.
Přímé srovnání s dnešními chemickými bateriemi je těžké. Lithiové akumulátory excelují v rychlé reakci a v krátkodobém skladování v řádu minut až jednotek hodin. Jejich LCOS však rychle roste s každou další hodinou požadované kapacity. Podmořská koule je naopak investičně náročná na začátku, kapacitu ovšem navyšuje levněji (do určité míry stačí větší objem koule). Robustní betonová konstrukce má podle propočtů vydržet 50—60 let, zatímco chemické akumulátory je třeba měnit po 10—15 letech. Jde tedy o řešení pro zcela jiné účely — typicky pro vykrývání vícedenních výpadků ve výrobě z obnovitelných zdrojů.
Otazníky — jako vždy
Technologie má — jako každá jiná — proti jiným přístupům i své nevýhody. Samotná instalace stovek tun betonu a citlivé techniky v hloubce přes 0,5 km vyžaduje specializovaná plavidla, roboty a je extrémně nákladná a logisticky složitá. Dlouhodobá údržba v agresivním slaném prostředí je další velký otazník — hrozí zanášení ventilů a potrubí sedimenty, koroze kovových částí i takzvaný „biofouling“, tedy postupné obrůstání povrchů mořskými organismy.
Systém skrytý pod hladinou neruší ráz krajiny, jeho dopad na život na mořském dně (tzv. bentické ekosystémy) však jasný není. Stejně tak zatím jasný není ani právní rámec pro umisťování takových masivních staveb v pobřežních, či dokonce mezinárodních vodách. Získání všech povolení může být zdlouhavým a komplikovaným procesem, který může komerční nasazení v budoucnu zbrzdit.
Koncept podmořských baterií má ovšem obrovský teoretický potenciál — odhad Fraunhoferova ústavu hovoří až o 817 TWh globální kapacity, pokud by se využila všechna geologicky vhodná místa na světě. To je více než tisícinásobek současné kapacity všech baterií po celém světě. Nic takového pochopitelně nikdy nenastane, spíše to jen poskytuje představu o dostupnosti „zdroje“. Vhodných míst je prostě dost, což například o běžných přečerpávacích elektrárnách říci nelze. Pro ty už v dnešní české krajině bez velkých změn v přístupu ke krajině a k lidem v ní žijících prostor není. Totéž platí třeba i o téměř celých Alpách.
Jistě nejde o univerzální spásu moderní energetiky, ale o velmi slibnou volbu pro přímořské státy, kterým by tolik potřebnou stabilitu poskytnout mohly. Zda se „betonové bubliny“ skutečně prosadí, závisí ovšem na realizaci a výsledcích nadcházejícího testu.