Obnovitelné zdroje - Proč jsem si takový pořídil? Dnes úložiště

Když mám volnou chvilku zkombinovanou s potřebou něco napsat, v posledních měsících píšu o takových fujtajblových věcech, jako jsou obnovitelné zdroje nebo elektromobily. Obé jsem si v určitých variantách pořídil, takže se na to

tak dívejte. Pokud v tom cejtíte propagandu na sto honů, pak asi radši nečtěte, já to totiž budu hlavně chválit, protože mi to víc přináší, než bere. A pokud Vás zajímá, co mi to přináší a co bere, pak si přečtěte tohle, to co už jsem napsal předtím, a i to, co třeba ještě napíšu.

Minule jsem se věnoval vzácným nerostům, kterých je třeba k výrobě FVE panelů, baterií a další součástí OZE. Ukazuje se, že Evropa má v tomhle ohledu zdrojů dost. A to neberu v potaz další vývoj těchto komponent, protože ten je tak překotný, že jej nelze dost dobře predikovat.

Dalším velkým argumentem proti OZE, za které jsou považovány hlavně větrné a solární elektrárny, je jejich závislost na povětrnostních podmínkách a tudíž nepředvítalenost a nespolehlivost.
Je to jejich zřejmě největší slabina. Jimi vyrobenou energii je třeba inhed spotřebovat, nebo uložit v době, kdy je jí přebytek, na dobu, kdy chybí. Což je problém.

Když se řekne „uložit energii“, publiku se automaticky vybaví baterie, tedy akumulátor. Velká část veřejnosti si dnes neumí ani jiné úložiště vybavit. S údivem pak zjišťuje, že existuje spousta dalších možností, jak energii ukládat.

Ale pojďme nejdřív k těm bateriím. Patří do kategorie chemických úložišť.
Při odběru elektřiny z baterie dochází mezi dvěma materiály na jejich stykových plochách k chemické reakci, při níž se uvolňuje elektrická energie. Zároveň při ní vznikají jiné materiály. Například v olověném akumulátoru reagují olověné desky s elektrolytem tvořeným ředěnou kyselinou sírovou za vzniku síranu olovnatého a vody. Jakmile dojde ke snížení koncentrace kyseliny v elektrolytu pod určitou mez, baterie je vybitá.
Proces nabíjení pak spočívá ve štěpení nově vzniklých sloučenin na ty původní pomocí elektrické energie, kterou do akumulátoru přivádíme zvenčí. A tím je připravujeme k tomu, aby zase mohly znovu přirozeně reagovat a dodávat elektřinu.
Baterie jsou vhodné do mobilních zařízení, protože dokážou uložit relativně velké množství energie opakovaně a dostatečně rychle ji dokážou i uvolňovat (to je důležitý parametr). Hlavními nevýhodami jsou vysoká hmotnost ve vztahu k množství uložené energie, vysoká cena a paměťový efekt. Zjednodušeně postupná ztráta kapacity vlivem toho, že se při nabíjení nepodaří bezezbytku přeměnit všechny nově vzniklé sloučeniny na ty původní. Ty se jednak samy už nepodílejí na dalších nabíjecích cyklech, a postupně tvoří izolační vrstvu mezi oběma materiály, čímž snižují vybíjecí proud a zabraňují reagovat i původním látkám.
V současnosti se nejvíc používají baterie lithium-inotové. Známé problémy s těžbou hlavně lithia a kobaltu, zejména ve vztahu k ekologii a stabilitě režimů v zemích, kde se těží, ale vedou k práci na vývoji akumulátorů na bázi jiných prvků, například železa. Prim v jejich vývoji hraje Čína, ale pustili se do nich i investoři jako Warren Buffet či Elon Musk. Například tady.

Jsou i další chemická úložiště. Například syntetická paliva vyráběná ze vzdušného oxidu uhličitého. Známý je projekt automobilky Porsche v Chile. Nebo vodíkové palivové články.

Elektřinu vyrobenou v OZE však lze ukládat i jinak. Například do gravitačních úložišť.
Nejznámnějším gravitačním úložištěm je přečerpávací elektrárna. Pokud je v síti proudu přebytek, čerpá se voda z dolní nádrže do horní, když elektřina chybí, pustí se voda přes turbíny zpět a elektrárna dodává elektřinu do sítě.
Další formou gravitačních úložišť je využívání těžních jam nevyužívaných dolů. V této souvislosti se mluví i o dolu Darkov na severní Moravě, kde by mohlo vzniknout jedno z prvních takovýchto úložišť na světě.
Výhodou gravitačních úložišť je jejich jednoduchost. Je to v podstatě výkonný elektromotor a výkonný generátor (ideálně jeden elektrický točivý stroj pro obě funkce), naviják, dostatečné převýšení a těžké břemeno. Při přebytku elektřiny motor a naviják břemeno zvedají, při nedostatku břemeno klesá a roztáčí zdroj.
Gravitační úložiště nemá paměťový efekt, je levné, spolehlivé i dostatečně rychlé.
Nevýhodou je, že to převýšení musí být opravdu velké a závaží těžké. Čím menší převýšení, tím těžší závaží. Pro představu – pokud byste ve výtahové šachtě paneláku nahradili kabinu přibližně stejně velkým kvádrem z oceli (dejme tomu 2,5 x 2,5 x 1 metr), získáte závaží o hmotnosti 48 750 kg. Gravitační zrychlení je cca 9,81 m/s², výška patra je cca 3 metry (včetně tloušťky stropu), potom množství uložené energie na 1 patro je 1 434 712,5 J. Zaokrouhleno 1,435 MJ. Což je asi 0,4 kWh na 1 patro. Což není mnoho. Tak možná osvětlení společných prostor.
Kombinací úložiště a zdroje je přílivová elektrárna (neplést s příbojovou, ta má jen tak malý rezervoár, aby vydržel do příští vlny). Příliv a odliv lze snadno předvídat, pravidelně se totiž opakují. Vodu, která sama přiteče, stačí zadržet a zpátky do moře ji pustit přes turbíny. Háček je v tom, že převýšení je příliš malé (pár metrů), takže množství zadržené vody musí býto opravdu obrovské. Je to drahé a ekologicky taky nic moc. Hubí to ryby a další mořské živočichy, mění to ekosystém dna u pobřeží. Ale staví se to.

Další formou ukládání jsou tepelná úložiště. Ta jsou kupodivu docela kapacitní.
Existuje mnoho způsobů ukládání tepelné energie. Třeba tady. Nebo tady. Místo elektřiny se v nich ukládá teplo.
Hlavní nevýhodou je opět cena, a také omezené využití. Přeměna elektřiny na teplo a zpět je dost ztrátová. Ale už se objevují první pokusy o komerční výrobu takových úložišť. Je pravděpodobné, že se časem prosadí, protože velká čast elektřiny se v domácnostech a továrnách spotřebuje právě na výrobu tepla. Čímž odpadá zpětná přeměna tepla na elektřinu. To zlepšuje ekonomiku využití takových úložišť jako tepelných zdrojů pro vytápění a ohřev TUV. A znamená to i značnou surovinovou nezávislost – v kombinaci například s FVE nepotřebuji další médium – uhlí, plyn, nakoupenou elektřinu.
Do kategorie tepelných úložišť patří i úložiště chladu. Používají se například v zemědělství. V době, kdy je elektřiny dostatek, nachladí se voda, která se pak používá k ochlazování nadojeného mléka. A odpadní teplo se používá k ohřevu TUV, které se v živočišné výrobě spotřebuje docela dost.

O úložištích by se dalo psát dlouho. Jsou druhou stranou mince zvané stabilní energetická soustava. Netýkají se jen OZE. Úložiště potřebují i stabilní zdroje, jako jsou uhelné, a hlavně jaderné, elektrárny. Ty, aby pracovaly ekonomicky, znají jen dva režimy – pracují naplno, nebo nepracují vůbec. Ostatní režimy jsou pro ně neekonomické.
Producenti a dodavatelé elektřiny to vědí. Světová kapacit úložšť energií se každý rok přibližně zdvojnásobí. Byť odhady dalšího vývoje již tak optimistické nejsou (navýšení o přibližně 25 – 30 % kapacity ročně), přesto kapacity úložšť významně porostou. A to včetně úložišť lokálních, tedy iv domácnostech. Což významně ovlivní i představy o budoucích nárocích na přenosové sítě. Což je další argument odpůrců OZE. O tom příště.

Hezký den!