Jak schovat elektřinu do vzduchu

Jedním z nejlepších nabízejících se řešení otázky, jak uložit elektřinu na pozdější použití, je stlačený vzduch. Problémem je ovšem vznikající „odpad“.

Pfff! Hlasitý zvuk nafouknutého balónku, který vypustíte ze svých prstů, není jen zábava, ale možná také pozvánka do blízké energetické budoucnosti. Energie skrytá ve stlačeném plynu by možná mohla sloužit ke skladování jinak nevyužitelné elektřiny.

Stejně jako nafukovací balónky, není ani nápad na využití téhle „baterie“ nijak nový. Experimentovalo se s ním už na konci 19. století. Ale byť byla energie tehdy velmi drahá a například cena elektřiny byla v přepočtu na kupní sílu nejméně o dva řády vyšší než dnes, skladování energie ve vzduchu se ale nakonec neukázalo být ve velkém měřítku ekonomicky výhodné. Z fyzikálního hlediska má potenciál, ale stávající technologie ho pro energetické potřeby nedokázala použít.

Protože má technologie zdravý fyzikální základ, řada odborníků si na ni vzpomněla, když se v posledních letech začalo mluvit znovu o možnostech „nových“ systémů skladování energie. Jejím ztělesněním se stala například auta „na vzduch“, tedy vozy s nádržemi a motory na stlačený vzduch.

Myšlenka to není sama o sobě zcela nesmyslná, podobné vozy mají stejný problém jako dnešní elektromobily: mají malý dojezd. V případě “aut na vzduch” je ovšem problém ještě výrazně větší, nádrže u těch několika mála postavených vozů stačí sotva na pár desítek kilometrů jízdy.

Dnes je technologie na úrovni demonstračních kusů a laboratorních kusů například pro studentské projekty, včetně třeba studentských závodů. Nejlepší závodní speciály mají dojezd kolem deseti kilometrů na vzduchovou láhev s objemem deset litrů a jezdí rychlostí až kolem 50 kilometrů v hodině.

První elektrárna se stlačeným vzduchem vznikla v Německu i kvůli nastartování jaderných elektráren, v případě úplného výpadku proudu.

Vzduch ve velkém

Stlačený vzduch se téměř určitě nestane hlavním pohonným systémem automobilů. Spíše může v kombinaci s jinými pohony posloužit jako doplňková, podpůrná technologie, která pomůže snížit spotřebu a emise.

Slibnější budoucnost by vzduch mohl mít ve větším měřítku, kde nehrají takovou roli rozměry a hmotnost nádrží. Elektrárny nikam nejezdí, a tak je těžké nádrže neomezují. Na některých místech se dokonce nabízejí vhodné skladovací prostory za poměrně nízké ceny – opuštěné doly.

Koncept elektráren na stlačený vzduch je jednoduchý. V době přebytku elektrické energie, tedy třeba v noci či během větrných a slunečných dnů s malou spotřebou (např. o víkendech), se levná elektrická energie využije pro pohon kompresoru. Vícestupňovými kompresory je nasátý atmosférický vzduch stlačen a uložen pod tlakem (5–7,5 MPa) v podzemní jeskyni. Když poptávka převýší nabídku energie, je vzduch vypouštěn z jeskyně a přivádí se na turbínu, která vyrábí elektrickou energii.

V praxi ovšem fyzikální zákony princip komplikují. Hlavní komplikací je vznikající odpadní teplo, které vzniká při stlačování každého plynu a které je z hlediska skladování elektřiny jen ztracenou energií. Během stlačování se kvůli tomu vzduch ochlazuje, aby nedošlo buď k přehřátí „nádrže“, nebo stěn případného podzemního zásobníku.

Po vypuštění ze zásobníku se při expanzi naopak zchladí natolik, že se před vypuštěním do turbíny raději ohřívá spalováním fosilních paliv. Ohřev má několik důvodů: zvyšuje výkon turbíny a také brání před poškozením zařízení příliš nízkými teplotami, na něž se při expanzi stlačený vzduch ochlazuje.

Takhle by měl vypadat provoz schopný uskladnit 250 MWh energie ve zkapalněném vzduchu
Takhle by měl vypadat provoz schopný uskladnit 250 MWh energie ve zkapalněném vzduchu (kredit: Highview Power)

Zatím neoslnila

První elektrárna využívající stlačeného vzduchu na světě byla uvedena do provozu roku 1978 v německém Huntorfu poblíž Brém. Tato 290MW elektrárna byla postavena, aby poskytovala energii při úplných výpadcích sítě jaderným elektrárnám poblíž Severního moře (black-start funkce) a aby byla zdrojem levné špičkové energie.

Původně byla elektrárna navržena se skladovacím objemem, který zajišťoval dodávku plného výkonu po dobu dvou hodin. Postupně byla elektrárna provozně upravena, aby poskytovala výkon 290 MW po dobu tří hodin, a čím dál víc byla používaná ke kompenzaci výkyvů dodávek elektrické energie z větrných elektráren umístěných na severu Německa.

Elektrárna má nejjednodušší oběh bez rekuperátoru, takže vysoká teplota spalin za turbínou zůstává nevyužita. Projevuje se to na nízké celkové účinnosti provozu, která činí jen něco málo přes 40 %. Více než polovina elektřiny vyrobené v době přebytku tak přijde vniveč. Rekuperátor tepla není součástí designu, protože bez něj je elektrárna rychleji připravena najet do provozu, a lépe tedy plní funkci rychlého záložního zdroje.

Druhou dnes používanou elektrárnou tohoto typu je provoz ve státě Alabama ve městě McIntosh, fungující od roku 1991. Elektrárna má oběh s rekuperátorem a dodává do sítě výkon 110 MW po dobu 26 hodin. Účinnost skladování se pohybuje těsně nad 50 %.

Ani jeden z provozů neměl tak úžasné výsledky, aby koncept dokázal, že už je připravený k nástupu do praxe. Ale ukázaly alespoň, že nějaký rekuperační systém je při dnešním stavu techniky zapotřebí, jinak je účinnost celého procesu příliš malá, než aby se dalo uvažovat o jeho ekonomickém využití.

Přesto se našlo několik společností, které se pokouší v oboru prorazit. To je ovšem téma na jisté texty.

Související články

Vložit komentář...