Skladování energie v horkých kamenech

Německo si dalo za cíl nahradit 55 až 60 procent spotřebované energie energií z obnovitelných zdrojů. Do roku 2050 by to pak mělo být celých 80 procent. V roce 2015 se Německo dostalo na hodnotu 30 procent z celkové hrubé produkce elektřiny. Z toho celých 9 procent připadalo na větrné turbíny, jejichž počet nejen v Německu stále roste. Jeden díl v této energetické skládance ovšem stále chybí. Je jím komplexní systém pro bezpečné uchovávání přebytečné energie.

Vzestup obnovitelných zdrojů energie a současně útlum tradičních elektráren v sobě skrývá řadu úskalí. Jedním z nich je, že jakmile mraky na dlouhou dobu zastíní fotovoltaické panely a rotory větrných turbín se zastaví kvůli bezvětří, může nám hrozit velké nebezpečí, že zůstaneme bez energie. K tomu, abychom dokázali plynule a bezpečně přejít na energetický systém převážně využívající obnovitelné zdroje energie, potřebujeme řešení skladování energie, které by vyrovnávalo nadprodukci a naopak nedostatek ve výrobě elektřiny, když slunce nesvítí a vítr nefouká.

Obr. č. 1: Nový systém skladování energie v horkých kamenech využívá jednoduché, spolehlivé a dobře známé principy

Vajíčka na kamenech smažená
Vývojáři ze společnosti Siemens přišli s řešením, které je stejně tak jednoduché, jako chytré. Přebytečná energie se odvede ze sítě a přemění se na tepelnou energii. V případě vysoké hustoty tepelného toku lze takto přenést velké množství energie. A zde se dostávají ke slovu kameny. Celé řešení lze demonstrovat na příkladu fénu na vlasy. Elektrická energie ohřívá proud vzduchu, který se potrubím vhání do skladovací jednotky. Ta se skládá z pevného izolačního obalu a vnitřku, který je vyplněný malými kamínky. Horký vzduch kamínky zahřívá na teplotu vyšší než 600 °C. Podmínkou je, že se při této teplotě kameny nesmějí začít tavit ani praskat.

Jak se ale dá takto uskladněná energie přeměnit zpátky na elektřinu? Využívá se zde velmi spolehlivá a dlouhými léty prověřená technologie výroby elektřiny pomocí páry. Do skladovací jednotky se nyní začne vhánět naopak studený vzduch, který se zahřeje a získané teplo odevzdá v dalším stupni vodě v bojleru. Ta se změní na páru, která se pak pod tlakem vhání na turbínu. Turbína vyrábí známým procesem elektřinu, která se vrací zpět do sítě.

Tento velmi jednoduchý systém skladování energie se pochopitelně nedá využívat dlouhodobě. Předpokládá se, že kameny dokážou udržet dodanou energii asi týden. V žádném případě ho nelze využívat sezónně, například k uchování energie vyprodukované na podzim při podzimních silných větrech a její spotřebovávání během celé zimy, která bývá z hlediska obnovitelných zdrojů nejslabší. V zimě totiž nejen nesvítí slunce, ale většinou ani nefouká. K vyrovnávání dvou-, třídenních výkyvů by mohl naopak posloužit výborně.

Obr. č. 2: Schéma termálního úložného systému

FES
Akumulační zařízení nese název Future Energy Solution (FES) a Siemens jej vyvíjí ve spolupráci s technickou univerzitou v Hamburku a společností Hamburg Energie. V současné době se testují tepelné vlastnosti skladovacího zařízení, funkční konverze elektřiny do tepelného úložiště a opět do elektřiny by měla proběhnout na jaře 2017. Plánované zařízení bude mít kapacitu 36 MWh, úložiště s kamením bude disponovat objemem 2 000 metrů krychlových. Zpočátku vědci očekávají účinnost 25 %, celý koncept má ale potenciál až 50% účinnosti.

Obr. č. 3: Testovací areál

A co jiná řešení?
Systém skladování energie v horkých kamenech je samozřejmě pouze jednou z možností, které se nabízejí nebo se již dokonce využívají. Oproti např. přečerpávacím elektrárnám nebo naopak podzemním vodním tankům či elektrochemickým řešením má ale několik velkých výhod. Není závislý na geomorfologii krajiny, kde má být umístěn, a je zcela ekologicky nezávadný a bezpečný. Navíc je velmi jednoduchý, levný a lehce škálovatelný podle aktuálních potřeb. Kameny, které se zde používají, se dají často vytěžit přímo v místě, kam se má úložiště umístit. Efektivnější řešení ještě šetrnější k životnímu prostředí si tedy lze již těžko představit.

Tiskové materiály SIEMENS