Ukládání energie z obnovujících se zdrojů se zatím bouřlivě rozvíjí zejména cestou lithium-iontových baterií, jejichž výkony se již blíží 150 MW a které reagují v milisekundách. Velkou energetiku po celém světě proti nevyrovnané časové produkci
a odběru i proti výpadkům v síti chrání zejména stovky vodních přečerpávacích elektráren. Ty se aktuálně mohou pochlubit celosvětovou kapacitou 150 000 MW, což lze přirovnat k potenciálu 150 temelínských jaderných bloků.
Již první letošní veletrh a konference Energy Story World 2019 o skladování energie v Düsseldorfu (12.–14. března 2019) přinesl důkaz o tom, že kromě dosavadních sedmi základních principů ukládání elektřiny z větrných a solárních zdrojů se již objevují zatím utopicky znějící nové technologie, které by mohly vyvolat revoluci jak v krátkodobém ukládání elektřiny z obnovujících se zdrojů pro průmysl i domácnosti, tak v nezbytné očistě atmosféry naší planety od exhalací rozvojem čistější elektrické dopravy. Některé již dokonce dozrály do prvního předvádění, jako např. vysokoteplotní sodíko-sírové keramické baterie „cerenergy“, které v Düsseldorfu představil Fraunhoferův institut s výkony po
5 kW s energickou kapacitou 130 W/kg, schopné ukládat přebytečnou elektrickou energii údajně za cenu nižší než 100 eur/kWh. S podobným typem baterií od japonské NGK již počítá i Čína a Emiráty. Dalším překvapením jsou návrhy využít při skladování elektřiny v projektovaných „inteligentních městech“ cestou společného sdílení navzájem propojených virtuálních úložišť, která si zaplatí sami obyvatelé, jak to právě zkouší Austrálie.
ELEKTRICKÁ ŽELEZNICE V ROLI ÚLOŽIŠTĚ ELEKTŘINY
První „železniční“ úložiště elektřiny se pokouší od roku 2016 v americké Nevadě postavit soukromá společnost ARES (Advanced Rail Energy Storage), aby stabilizovala frekvenční i napěťovou situaci místní elektrické sítě, zásobované několika solárními a větrnými zdroji. Principem připomíná přečerpávací hydroelektrárnu, jenže hmotnost vody přečerpávané mezi dolní a horní nádrží nahrazuje těžkými nákladními vlaky na 10 km dlouhé vícekolejné trati se stoupáním 8 % a roli vodních turbín s alternátory přebírají reverzní elektropohony s nimi spojených elektrických lokomotiv. Se stavbou pokusné trati se spodní a horní vícekolejnou stanicí, která je schopna „ukládat“ jízdami nahoru elektrický výkon až 30 MW a vracet energii jízdou dolů přes napájecí postranní kolej, se začalo na vhodném nevyužitém terénu u městečka Pahrump v hornaté části Mohavské pouště, 100 km od Las Vegas. Výškový rozdíl 600 m mezi horní a dolní automatizovanou stanicí nabídne při využití všech 17 nasazených těžkotonážních souprav s vagony naplněnými kamením (9 600 t) úložnou elektrickou kapacitu až 12,5 MWh. Na experiment za 55 milionů USD přispívá Americká národní laboratoř a při předpokládané životnosti 40 let má každá ukládaná kWh díky využití gravitace vyjít investičně na 200 USD. Přepnutí z režimu „nabíjení“ na okamžitou dodávku do sítě trvá jen 10 sekund, účinnost se údajně blíží 80 %. ARES nejnověji přichází s pokročilou variantou, u které by mezi koncovými stanicemi ve spádu až 10 % automaticky kyvadlově přejížděly jen jednotlivé nákladní vozy, každý s vlastním rekuperačním elektropohonem, a úložná kapacita by mohla vzrůst až na 100 MW.
GRAVITAČNÍ SKLADY ENERGIE V PODOBĚ BETONOVÝCH VĚŽÍ NEBO DŮLNÍCH ŠACHET
Švýcarská společnost Energy Vault přišla s nápadem ukládat přebytečnou energii krátkodobě do zdvíhání a ukládání
35 tunových betonových bloků do podoby věží pomocí víceramenných elektrických jeřábů. V případě krátkodobého výpadku sítě pak přepnutím v intervalu 2,9 sekundy vozíky na ramenech jeřábů řízené počítačovým softwarem automaticky začnou spouštět jednotlivé bloky podle žádaného výkonu dolů a rekuperační elektromotory jejich navijáků budou schopny dodávat gravitačně skryté až 4 MWe podle délky a doby spouštění. První betonový akumulátor s maximálním akumulovatelným výkonem 35 MWh má být spuštěn ve spolupráci s indickou společností Tata Power v příštím roce. Jeřáb se šesti výložníky a vozíky obslouží z bloků skládanou a rozebíranou věž o výšce až 120 m. Pojezd vozíků dokáže kompenzovat při spouštění bloků výkyvy v případě nárazů větru, spolehlivost úchopového zařízení hlídají videokamery. Sama věž zabere pro stavbu kruhovou plochu o průměru 100 m. Zmenšený systém (s 20 m vysokou věží) předvedla Energy Vault koncem roku 2018 na staveništi u švýcarského Biasca, avšak betonové lité bloky nahradila půltunová kovová závaží. Ředitel Piconi prohlásil, že při sériové výrobě použité techniky při životnosti 30 let by jejich systém dokázal ukládat kWh za polovinu částky (300 USD/kWh), jakou dnes nárokují současná lithium-iontová úložiště!
Jinak, a to bez narušení vzhledu krajiny věžemi a jeřáby, hodlá energii krátkodobě ukládat pod zem spouštěním železných bloků do již nepoužívaných důlních šachet skotská společnost Gravitricity Ltd. z Edinburghu. Loni předvedený demonstrační model v malém měřítku ukázal, že navijáky čtyř důlních výtahů zdvíháním a spouštěním železného závaží o hmotnosti 3 000 t do hloubky kolem 1 000 m díky rekuperačním elektropohonům v odběrové špičce nebo při výpadku do sítě můžou vracet výkon až 10 MW. Jak se ale ukazuje, konkurovat přečerpávacím elektrárnám by však tento systém mohl, jen pokud by se našel na vhodných místech planety dostatek hotových a dnes již k těžbě nepoužívaných šachet.
CESTOU ZELENÝCH ENERGETICKÝCH OSTROVŮ U POBŘEŽÍ?
S jiným nápadem, jak nejlíp využít obnovitelných energií pro bezpečné zásobování rozvodných sítí, přišlo Dánsko. Před dvaceti roky architekt G. Paludan představil koncepci „zeleného“ ostrova Green Power Island. Navrhl zapustit u pobřeží Jutska s pomocí sacích bagrů až
60 m pod mořskou hladinu obří betonový bazén z prefabrikovaných skruží a obklopit ho naplavenou zeminou do podoby umělého ostrova. Na jeho hrázích mělo být instalováno
25 větrných elektráren s výkony po 5 MW a řada polí s fotovoltaickými panely. Bazén s objemem 30 milionů m3 vody fungující opačně než u přečerpávacích elektráren měl mít schopnost při napouštění mořské vody přes turboalternátory uložit během dvanáctihodinového napouštění až 2,75 GWh elektřiny, které by přenosem přes přípojné podmořské kabely posílily pobřežní síť při výpadku nebo ve špičkových odběrech. Při nízkém odběru naopak by přebytek z obnovitelných zdrojů na ostrově byl využíván k vyprazdňování bazénu do pohotovostního stavu. Atraktivní na projektu byly i rozsáhlé rekreační pláže a terminál na překládku LNG na špičce ostrova. Variantní řešení počítalo i s dvoubazénovým provedením. O téměř verneovsky laděný projekt projevily do dnešní doby zájem pobřežní oblasti Dánska, Floridy, Španělska (El Hiero), Indie (Tamilnádu) a čínské Jang-čou. Poslední návrh s kruhovým bazénem na 600 milionů m3 by mohl akumulovat až 52 GWh pro pomoc rozvodné síti Šanghaje, které by vystačily až k týdennímu zásobování
2,3 milionu jejích domácností.
BETONOVÉ KOULE V BODENSEE V ROLI OBŘÍCH AKUMULÁTORŮ
Skupina vědců z německého Fraunhoferova institutu spolu se stavební firmou Hochtief zahájila roku 2016 revoluční pokus označený jako StEnSEA (Storing Energy at Sea) s ukládáním elektřiny přečerpávacím systémem do duté betonové koule pod hladinou známého jezera Bodensee. Do hloubky 100 m zakotvili 20t testovací kouli s průměrem 3 m, s uvnitř umístěným rekuperačním čerpadlem-turbínou, s potrubím pro vyrovnávání tlaku, kabeláží a s měřicími systémy. Už sama výroba takové koule z vláknobetonu byla prubířskou zkouškou stavbařů Hochtiefu, stejně tak i její ponoření a zakotvení. V „nabíjecí“ fázi je voda vyčerpávána agregátem přebytečnou elektřinou ze sítě a v případě potřeby ji cyklicky vracejí čerpadla reverzací do turbíny pohánějící alternátor. Čtyřměsíční testování prokázalo, že účinnost systému se zlepšila až k 75 %, když se při napouštění nechá vzduch v kouli stlačovat, a odpadne tak jeho vypouštění a napouštění potrubím nad hladinu. Samo Německo však nemá u svého pobřeží podmínky pro větší kapacitu, kdy by bylo nutno ponořit extrémně velké betonové koule o průměru kolem 30 m do hloubek až 700 m, které by podmořskému tlaku musely odolávat stěnami o tloušťce minimálně 2 m. V takovém případě by asi 80 u dna zakotvených a propojených koulí podle studie bylo schopných ukládat energii až 800 TWh. O takovém kolosálním projektu zatím uvažuje jen několik míst u pobřeží Norska, Španělska, USA a Japonska. K realizaci by podle současného mínění mohlo dojít po roce 2020.