Sebevětší kapacita výroby energií je k ničemu, pokud nelze vyrábět kvůli nepříznivému počasí (například proto, že málo fouká) nebo nedostatku či přílišné drahotě používaného paliva. Řešení mohou být různá, od stavby stabilních zdrojů po zvyšování kapacit skladování, tedy akumulaci, elektřiny.
Ceny akumulace, tedy chemických baterií, neustále klesají, a pro některá využití tak mohou už dnes najít i finančně zajímavá uplatnění. Vždy jde však o skladování krátkodobé, současné problémy tedy např. chemické (tedy hlavně lithium-iontové) baterie vyřešit nepomohou. Levný způsob skladování elektřiny po dobu týdnů, či dokonce měsíců dnes v podstatě neexistuje.
Výzkumníci sice na různých projektech takzvaného dlouhodobého skladování energie pracují po celém světě, žádné řešení ovšem alespoň zatím není tak levné, aby bylo prakticky použitelné.
Po změně touží kdekdo. V řadě případů jde o jednotlivce či subjekty, s jejichž prohlášeními ani nemá smysl ztrácet čas. „Skladování“ elektřiny je dnes módním pojmem, a nepřesností, záměrně či z neznalosti vydávaných zavádějících tiskových zpráv a prohlášení je všude dost. Protože však případný úspěch by mohl výrazně změnit největší průmyslové odvětví současnosti, tedy energetiku, pro velké „hráče“, má smysl je sledovat.
Zajímavá je například iniciativa amerického ministerstva energetiky. Ta letos oznámila spuštění programu, který chce do roku 2030 snížit náklady na dlouhodobé skladování energie o 90 %, pod cenu dnešních lithium-iontových baterií. Ministerstvo pověří odborníky ve svých národních laboratořích, aby se zaměřili na zdokonalování těchto technologií.
Zároveň bude usilovat o financování prvních demonstračních projektů ze strany Kongresu. V USA je totiž státní rozpočet pevně v rukou zákonodárců, nikoliv administrativy. Normálně by to byl důvod k pochybnostem, v posledních letech je ovšem Kongres vůči požadavkům na navyšování rozpočtu pro výzkum a vývoj velmi vstřícný.
I republikánští poslanci celkem jasně odmítli výrazné krácení těchto kapitol, jež původně navrhovala administrativa Donalda Trumpa (výjimkou byly některé programy spojené s výzkumem změny klimatu). Nelze vyloučit, že se v tomto případě nějaký odpor objeví, protože iniciativa je součástí programu Energy Earthshots, jejímž cílem je urychlit zavádění nově vznikajících technologií v boji proti změně klimatu.
NENÍ HOTOVO
Spuštění programu je v podstatě uznáním toho, že Spojené státy ještě nemají k dispozici technologie potřebné ke splnění Bidenova cíle, tedy dosažení vyrovnané bilance skleníkových emisí do roku 2050. A je to vidět také na výzkumných programech.
Ministryně energetiky Jennifer Granholmová letos mimo jiné oznámila záměr snížit o 80 % náklady na čistá vodíková paliva, která by mohla pomoci omezit emise z továren, nákladních automobilů nebo elektrické sítě. Oba programy jsou vytvořeny podle vzoru Obamovy iniciativy Sunshot, jež se zasloužila o snížení nákladů na solární energii v průběhu roku 2010.
Bidenova administrativa počítá pro splnění svého cíle (že Spojené státy budou do roku 2035 získávat 100 % elektřiny z elektráren, které nevypouštějí oxid uhličitý) s trendem pokračujícího zlevňování solární a větrné energie. Bílý dům se v současné době snaží přesvědčit Kongres, aby přijal normu pro čistou elektřinu, která by po energetických společnostech v celé zemi splnění tohoto cíle vyžadovala.
Odvětví výroby elektřiny je zodpovědné za čtvrtinu emisí skleníkových plynů ve Spojených státech. Zhruba 60 % této energie se stále vyrábí spalováním fosilních paliv, především zemního plynu a uhlí (USA tedy mají podíl vyrobené elektřiny z jaderných zdrojů nižší než Česko). Bidenova administrativa považuje omezení emisí z elektřiny za ústřední bod svých klimatických plánů, protože se zároveň snaží přesvědčit Američany i k upřednostňování nákupu elektromobilů a tepelných čerpadel, která se budou připojovat do sítě.
Podle odborníků však bude vyčištění energetického sektoru vyžadovat více než jen nové zákony. Představuje také velké technologické výzvy s nejistým výsledkem.
NA CO VSADIT
Několik modelů a studií z posledních let dospělo k závěru, že energetické společnosti by se mohly pravděpodobně dostat na 80 % čisté elektřiny už pomocí dnešních technologií. Není to samozřejmě zadarmo: zapotřebí by bylo především instalovat větší počet větrných turbín a solárních panelů, ale jinak by se dalo spoléhat na stávající vodní elektrárny a jaderné reaktory.
Úplné odstranění zbylých 20 % emisí bude však i podle optimistů velkým problémem. Nespolehlivé obnovitelné zdroje vyžadují záložní plynové nebo uhelné elektrárny. Jiné alternativy nejsou rychle dostupné.
V USA a v jiných zemích (v Česku však pouze minimálně) se čím dál častěji budují velkokapacitní (řádově až stovky MWh) lithium-iontové baterie. V praxi však v průměru slouží k akumulaci pouze po dobu 4—6 hodin. V některých oblastech země přitom může například bezvětří trvat i několik dní nebo týdnů. Z technologického hlediska (zatím rozhodně ne z obchodního) možná řešení existují, ale každé má své větší či velmi velké nevýhody. Je tedy těžké na jedno z nich vsadit všechny karty.
Jednou možností je stavba lepších a lépe provázaných rozvodných sítí s využitím teorie, že„někde fouká vždy“. Stavba nových liniových staveb, včetně vedení, je ale v rozvinutých zemích pomalá a naráží velmi často na tuhý odpor místních obyvatel.
Alternativou je také vývoj a stavba nových typů bezuhlíkových elektráren: jaderných reaktorů, geotermálních elektráren nebo fosilních zdrojů, které mohou zachycovat a ukládat emise pod zem.
RŮZNÉ PŘÍSTUPY
Možností dlouhodobého ukládání energie je hodně. Jak jsme ovšem uvedli na začátku, zatím jsou všechny příliš drahé.
Podle zprávy amerického ministerstva energetiky je potenciálně slibnou technologií například využívání stlačeného vzduchu. Koncept je to jednoduchý: levná elektrická energie se má využívat pro pohon kompresoru. Nasátý atmosférický vzduch je stlačen a uložen pod tlakem (5—7,5 MPa) v podzemní jeskyni. Když poptávka převýší nabídku energie, vzduch se z jeskyně upouští přes turbínu vyrábějící elektrickou energii.
Hlavní komplikací je však odpadní teplo vznikající při stlačování každého plynu. Z hlediska skladování elektřiny jde o promrhanou energii. Během stlačování je navíc potřeba vzduch ochlazovat, aby nedošlo k přehřátí „nádrže“, respektive stěn podzemního zásobníku. Po vypuštění ze zásobníku se při expanzi plyny naopak ochlazují natolik, že je potřeba je před přivedením do turbíny ohřát, zpravidla spalováním fosilních paliv. Ohřev zvyšuje výkon turbíny a chrání zařízení před poškozením. Stlačený vzduch se totiž při expanzi ochlazuje na tak nízké teploty, že to materiálům (tedy především kovům) vůbec nesvědčí.
Další možností je využití vodíku. Proces je ovšem neúčinný a drahý. Určitě ho lze zlepšit, otázkou je ale, jak rychle to půjde. Nicméně i řada českých firem a výzkumných ústavů na tento směr hodně sází.
VZDÁLENÝ CÍL
Výzkumníci v oblasti tvrdí, že k praktické aplikaci je však především z konkurenceschopné ceny velmi daleko. Je to zcela pochopitelné. Jde o zařízení, která by se uplatnila, a tedy i vydělávala doslova jen několikrát ročně. Jejich cena musí být proto extrémně nízká.
Nedávný odborný článek v časopise Nature Energy odhaduje, že aby distributoři začali tuto technologii využívat pro dlouhodobé skladování ve větší míře, musely by její náklady klesnout pod 50 dolarů za kWh, tedy na méně než třetinu nákladů dnešních lithium- -iontových baterií pro rozvodné sítě.
A to mluvíme pouze o využívání ve finančně nejvýhodnějších případech a na nejpříhodnějších trzích. Pokud by se mělo toto řešení stát na trhu opravdu dominantním, bude možná muset cena klesnout na 1—10 USD/kWh. Je tedy asi jasné, proč se využití zemního plynu i přes všechny jeho nevýhody (které jsou navíc pro USA podstatně menší než např. pro Evropu) jeví jako výrazně schůdnější cesta.