Uchování energie z obnovitelných zdrojů

Jedním z velkých problémů obnovitelných zdrojů energie je ukládání elektřiny v době, kdy ji nejvíce potřebujeme. Existuje mnoho způsobů jak uchovat elektřinu/energii z obnovitelných zdroj, níže najdete některé z nich:

• Přečerpávací vodní elektrárny (PVE): Využívají výškový rozdíl mezi dvěma nádržemi vody, které jsou propojeny potrubím s turbínou a generátorem. V době nízké spotřeby elektřiny se voda čerpá z dolní do horní nádrže, v době vysoké spotřeby se voda vrací zpět do dolní nádrže a pohání turbínu. PVE mají vysokou účinnost a dlouhou životnost, ale vyžadují vhodné geografické podmínky a mohou mít negativní dopad na životní prostředí
• Akumulátorové baterie: Skládají se z jednoho nebo více elektrochemických článků, které uchovávají energii v chemické formě. Baterie se nabíjejí a vybíjejí pomocí elektrického proudu. Existuje mnoho typů baterií, které se liší v chemickém složení, kapacitě, účinnosti, životnosti a ceně. Mezi nejrozšířenější baterie pro uchování energie z obnovitelných zdrojů patří lithium-iontové (NMC, LFP, a další technologie) olověné, nikl-kadmiové, nikl-metal hydridové. Baterie jsou flexibilní, modulární a rychle reagující, ale mají omezenou cyklickou životnost a výroba vyžaduje těžení surovin a složitější technologickou výrobu.
• Gravitační baterie: Využívají gravitaci a kinetickou energii k uchování energie. Princip spočívá v tom, že se v době nízké spotřeby elektřiny zvedá těžké závaží na vysokou věž, v době vysoké spotřeby se závaží spouští dolů a pohání generátor. Gravitační baterie jsou jednoduché, levné a šetrné k životnímu prostředí. O gravitačních bateriích jsme již psali článek, který si můžete přečíst zde: https://oze-info.cz/vite-co-je-to-gravitacni-baterie/.
• Zkapalněný vzduch: Využívá změnu skupenství vzduchu z plynného na kapalné a zpět. V době nízké spotřeby elektřiny se vzduch stlačí, ochladí a zkapalní. V době vysoké spotřeby se zkapalněný vzduch ohřeje, expanduje a pohání turbínu. Tato metoda má nízké náklady, vysokou kapacitu a dlouhou životnost, ale také nízkou účinnost a potřebu velkých nádrží. Účinnost celého systému se pohybuje okolo 40%.
• Syntetická paliva: Využívají chemické reakce k přeměně elektrické energie na paliva, jako je metan, metanol, amoniak nebo vodík. V době nízké spotřeby elektřiny se paliva vyrábějí z vody a vzduchu pomocí elektrolýzy, Sabatierovy reakce, Fischer-Tropschova procesu nebo Haberova-Boschova procesu. V době vysoké spotřeby se paliva spalují nebo využívají v palivových článcích k výrobě elektřiny. Tato metoda má vysokou účinnost, dlouhou životnost a nízký dopad na životní prostředí, ale také vysoké náklady, nízkou dostupnost a potřebu infrastruktury.
• Průtočné baterie: Využívají elektrochemické reakce k přeměně elektrické energie na chemickou energii a zpět. V době nízké spotřeby elektřiny se elektrolyt nabíjí v externím zařízení. V době vysoké spotřeby se elektrolyt vybíjí v baterii. Tato metoda má vysokou účinnost, rychlou odezvu a modulární design, ale také nízkou kapacitu, vysoké náklady a potřebu údržby
• Kondenzátory: Využívají elektrického pole k uchování náboje na dvou elektrodách oddělených dielektrikem. Kondenzátory se rychle nabíjejí a vybíjejí, ale mají nízkou kapacitu a vysoké ztráty. Používají se hlavně pro krátkodobé a vysokovýkonné aplikace. V budoucnu pak bude možné používat tzv. superkapacitory, které mají vysokou kapacitu uložené energie, stále však mají tu nevýhodu, že energii nemohou uchovávat dlouho. Více o superkapacitorech se můžete dočíst v tomto článku: https://oze.tzb-info.cz/akumulace-elektriny/16916-jak-funguje-superkapacitor
• Supravodivé magnetické akumulátory (SMES): Využívají magnetického pole k uchování energie v supravodivé cívce. SMES mají vysokou účinnost, rychlou odezvu a dlouhou životnost, ale vyžadují nízkou teplotu a vysoké náklady. Používají se hlavně pro stabilizaci sítě a podporu obnovitelných zdrojů
• Letecké akumulátory (setrvačníky): Využívají kinetické energie rotujícího tělesa k uchování energie. Těleso může být například létající kotouč, setrvačník nebo lopatka větrné turbíny. Letecké akumulátory mají vysokou účinnost, kapacitu a životnost, ale také vysoké náklady, bezpečnostní rizika a potřebu údržby. Používají se hlavně pro dlouhodobé a nízkovýkonné aplikace
• Uchování tepla (Tepelné systémy): Energie z obnovitelných zdrojů se využívá k ohřívání materiálu, který vydrží určitou dobou zahřátý na vysokou teplotu. Teplo z těchto systémů je využito pro vytápění budov či ohřívání vody pro pohánění parních turbín. Lze tak ohřívat například soli nebo písek. Další možností je využít technologii tepelného oběhu, kdy jsou dvě nádrže se vzduchem a jen jedna je ohřívána, následně pomocí Stirlingova motoru je generována elektrická energie.
• Ukládání energie do biomasy/dřeva – vyrobenou energii můžeme využít pro rychlejší produkci biomasy, ve velkých sklenících můžeme pěstovat plodiny či stromy, které následně přetvoříme na bioplyn, kterým spalováním získáme teplo a elektřinu.

Výše vypsané způsoby nejsou jediné možnosti uchování energie, v budoucnu se nejspíš setkáme se všemi možnostmi a bude to tak tvořit určitý mix, který bude sloužit k uchování energie. Velký pokrok zaznamenávají především elektrochemické baterie, které jsou hojně využívány v elektromobilitě. Pro větší uchování energie lze očekávat výrobu vodíku. Nyní je však tato výroba neefektivní a je zapotřebí mnoho energie k vytvoření vodíku. Lze také očekávat rozvoj uchovávání tepla jako zdroje energie, které lze použít pro vyhřívání budov i pro výrobu elektrické energie. Tím se může snížit spotřeba elektrické energie, protože velký podíl elektrické energie se spotřebuje právě na ohřev vody a vzduchu v budovách. Výhodnou formou uchování energie bývají přečerpávací elektrárny, ale musí pro to být vhodné geografické podmínky, alternativou k tomu jsou gravitační baterie, které lze umístit například do bývalých dolů.