English
Obnovitelné zdroje energie hrají stále důležitější roli v energetice vyspělých zemí. Z velké části mají tyto zdroje intermitentní charakter – jejich výkon závisí na kolísající intenzitě slunečního záření nebo větru. Tato nerovnoměrnost zvyšuje nesoulad mezi produkcí a spotřebou energie, která je sama o sobě velmi nerovnoměrná v denním, týdenním i ročním cyklu. Dramaticky proto narůstá potřeba skladování energie za účelem vyrovnání její produkce a spotřeby. Výzvou pro nové technologie skladování energie je potřeba nahradit klasická paliva automobilů a jiných mobilních zařízení. Z těchto důvodů se tato oblast stala důležitým tématem programu Účinná přeměna a skladování energie ve Strategii AV21. Jako jedna z jeho akcí se 30. listopadu 2015 v prostorách Akademie věd na Národní třídě uskutečnil workshop Technology Perspectives for Energy Storage, jehož se zúčastnili tuzemští i zahraniční odborníci z akademického prostředí a důležití představitelé státní správy a podnikatelské sféry v oboru energetiky.
Foto: Stanislava Kyselová, Akademický bulletin
Úvodem vysvětlil předseda AV ČR prof. Jiří Drahoš důležitost Strategie AV21 a výše uvedeného programu, který reaguje na jednu z nejdůležitějších společenských výzev současnosti – zajištění energetických potřeb rozvoje ekonomiky při současném snížení ekologické zátěže a zmírnění možných dopadů nových geopolitických rizik. Ředitel Ústavu termomechaniky AV ČR a koordinátor programu dr. Jiří Plešek poté uvedl workshop do kontextu programu Účinná přeměna a skladování energie. Workshop se totiž týkal i dalších oblastí – vývoje nanostrukturních materiálů pro konverzi energie, decentralizace výroby a inteligentního přenosu energie a efektivního využití obnovitelných zdrojů energie z hlediska geofyzikálních podmíněností.
V dopoledním bloku přednášek věnovaném perspektivám skladování energie v České republice vystoupili Václav Bartuška (zvláštní velvyslanec ČR pro otázky energetické bezpečnosti, Ministerstvo zahraničních věcí), prof. Josef Tlustý (zástupce vedoucího Katedry elektroenergetiky FEL ČVUT Praha), Mgr. Aleš Laciok (koordinátor pro výzkum a vývoj ČEZ), Ing. Marián Belyuš (vedoucí oddělení Strategie a R&D ČEPS), Ing. Josef Renč (E.ON Česká republika) a Ing. Pavel Bartoš (předseda představenstva FITE).
V. Bartuška zdůraznil důležitost skladování energie pro zajištění energetické bezpečnosti ČR a přiznal, že vláda ČR potřebuje od vědců účinnou podporu při formulování vědecko-výzkumných cílů společnosti a očekává v tomto směru jejich iniciativu.
O ukládání energie jako nedílné součásti energetické soustavy budoucnosti přednášel J. Tlustý. Celosvětová snaha o snížení závislosti na fosilních palivech a snížení emisí skleníkových plynů vede ke stále intenzivnějšímu využívání obnovitelných zdrojů energie, jejichž okamžitý výkon je většinou značně závislý na vnějších podmínkách, a tudíž obtížně předvídatelný; aby energetická soustava spolehlivě a efektivně fungovala, je potřeba zajistit dostatečné kapacity pro skladování energie. Lze očekávat, že této problematice bude v příštích letech věnována zvýšená pozornost. Jednotlivé technologie skladování energie mají z hlediska fungování energetické soustavy různé výhody a nevýhody, a tím jsou do značné míry dány možnosti jejich využití v praxi.
Foto: Stanislava Kyselová, Akademický bulletin
Zvláštní velvyslanec ČR pro otázky energetické bezpečnosti Václav Bartuška
V příspěvku Skladování energie – mýty, skutečnost a perspektivy A. Lacioka zaznělo, že skladování energie patří v ČEZ mezi devět základních oblastí výzkumu. V posledních letech společnost vypracovala několik studií využití skladování energie – k omezení vlivu obnovitelných zdrojů energie a uspokojení zvýšené energetické poptávky v rozvodech nízkého napětí, ukládání přebytku větrné energie do vodíku elektrolýzou a integrace ultrarychlých inteligentních nabíjecích stanic pro elektrická vozidla do elektrické sítě a k roli skladování energie v bateriích. Realizovala také pilotní projekt rezidenčního skladování energie s využitím domácí fotovoltaické elektrárny a olověného akumulátoru a zapojila se do evropského výzkumného projektu Grid4EU zaměřeného na demonstraci konceptu inteligentních sítí s vlastním pilotním projektem Smart Region Vrchlabí. Její dceřiná společnost Inven Capital Fund investuje do technologie lithium-železo-fosfátových akumulátorů (LFP) pro rezidenční skladování energie, technologie rezidenční kogenerace a palivových článků SOFC. Firma sleduje vývoj vodíkových technologií; klasickým přečerpávacím elektrárnám předpovídá nejistou budoucnost a za pomyslného vítěze považuje Li-ion baterie. Současně předpovídá budoucnost také technologiím skladování tepelné energie.
Marián Belyuš v referátu Akumulace elektrické energie v podmínkách ČR z pohledu ČEPS uvedl, že tato společnost jako výhradní držitel licence pro přenos elektrické energie v ČR uskutečnila studie zaměřené například na budoucí zapojení decentrální výroby do stabilizace české přenosové soustavy či na posouzení perspektivních směrů skladování elektrické energie v zájmu zajištění stabilního provozu přenosové soustavy v letech 2025–2040. Na jejich základě se očekává, že v blízké budoucnosti bude potřeba zvážit možnosti zapojení akumulace (flexibility) pro řízení bilanční rovnováhy elektrizační soustavy ČR.
Jak dále vysvětlil J. Renč (Reálné formy ukládání energie v praxi – pohled společnosti E.ON), E.ON participuje na významných evropských projektech v oblasti skladování energie, zejména demonstračního charakteru. Projekty se zaměřují na ukládání energie v bateriích nebo ve formě vodíku, tepla či stlačeného vzduchu, přičemž je zdůrazněno efektivní využití obnovitelných zdrojů energie.
Foto: Archiv ÚT AV ČR
Zařízení přečerpávací elektrárny v hlubinném dole
O demonstračním projektu přečerpávací vodní elektrárny v hlubinném dole v Ostravě hovořil P. Bartoš. Elektrárna vybudovaná v opuštěném dole umožňuje akumulovat a poskytovat elektrickou energii ve špičkách energetického přebytku a poptávky. Na rozdíl od povrchových přečerpávacích elektráren nepředstavuje zátěž pro krajinu a současně umožňuje čerpat důlní vody z opuštěných dolů na povrch v době nízké nebo záporné ceny elektrické energie.
Odpolední část workshopu patřila slibným výzkumným tématům v problematice skladování energie. Zúčastnili se jí evropský odborník v oboru aplikované termodynamiky prof. Wolfgang Arlt z Friedrich Alexander Universität Erlangen-Nürnberg, vedoucí Ústavu anorganické technologie VŠCHT v Praze prof. Karel Bouzek, vedoucí sekce Energy Technology na nizozemské Eindhoven University of Technology (TU/e) prof. David M. J. Smeulders, vedoucí oddělení elektrochemických materiálů Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR prof. Ladislav Kavan a dr. Magdalena Bendová z Ústavu chemických procesů AV ČR.
Wolfgang Arlt se zaměřil na technologie bezpečného skladování obnovitelné energie. V současnosti činí podíl energie z obnovitelných zdrojů v Německu celých 32 %. Pro skutečně efektivní skladování tohoto typu energie se jeví jako perspektivní tzv. kapalné organické vodíkové nosiče; tyto sloučeniny umožňují řízeným chemickým záchytem a uvolňováním vodíku například kompenzovat výkyvy v dodávkách energie z větrných elektráren.
Foto: Archiv ÚT AV ČR
Vodíkový autobus a vodíková čerpací stanice v Neratovicích
Karel Bouzek (Vodíkové technologie pro skladování energie a co dál?) upozornil na skutečnost, že vodík se již nepovažuje jen za alternativní palivo v mobilních aplikacích pro případ ropné krize. Kvůli vysoké měrné energii nabízí další možnosti: například pro využití přebytků energie z decentralizovaných zdrojů. Vodík získaný elektrolýzou lze využít v chemickém průmyslu či k pohonu automobilů využívajících palivové články i spalovací motory. Lze jej také přimíchávat do rozvodů zemního plynu. Česká republika v podpoře vodíkových technologií zatím za Evropou zaostává, což může mít důsledky pro konkurenceschopnost českého průmyslu. Instituce zabývající se výzkumem vodíkových technologií a zaváděním vodíkového hospodářství v ČR se sdružují v České vodíkové technologické platformě (HYTEP). Současný výzkum na VŠCHT se zaměřuje na zefektivnění katalýzy při elektrolýze vody, vysokoteplotní parní elektrolýzu a palivové články LT-PEM a HT-PEM. Využití vodíkové technologie demonstruje v ČR několik projektů jako například vodíkového autobusu TriHyBus a vodíkové čerpací stanice či systému uskladnění energie z fotovoltaické elektrárny do vodíku a následného využití v palivových článcích.
David Smeulders hovořil o termochemických materiálech pro ukládání tepla a o konceptech reaktorů pro velkokapacitní skladování energie. Hlavní motivací tohoto výzkumu je vyrovnání ročního cyklu solární energie a spotřeby tepla pro rezidenční účely. Termochemické materiály (Thermal Chemical Materials, TCM) ukládají energii do chemických vazeb. Jejich výhodou je vysoká hustota energie, řádově vyšší než u tradičních tepelných akumulátorů využívajících tepelnou kapacitu vody. Jako potenciálně vhodný materiál se jeví hydráty solí. Uvolnění tepla („vybíjení“ TCM) nastává při hydrataci, přičemž vodu může do materiálu dopravit vlhký vzduch, který protéká granulátem TCM. Procesy nabíjení a vybíjení TCM se zkoumají v Darcy Lab na TU/e pomocí pokročilých zobrazovacích technik, jako NMRI a CT.
Využití materiálů s fázovou změnou (PCM) jako přídavného stavebního materiálu pro snížení kolísání teploty vnitřního prostředí budov v denním cyklu
Podle L. Kavana se výzkum v oblasti technologie elektrochemické akumulace energie kromě v současnosti již klasických technologií, jako jsou superkondenzátory, lithium-iontové baterie a palivové články, zaměřuje i na nové technologie lithium-vzduchových a sodík-iontových baterií (Na-ion). Použití nanomateriálů v těchto technologiích může zdokonalit jejich vlastnosti, například použití křemíkových nanovláken může zvýšit nabíjecí kapacitu lithium-iontových baterií. Za pozornost stojí také vývoj bezpečnějších, elektricky odolných baterií vyvíjených českou společnosti HE3DA, která připravuje výrobu „sendvičové“ (také „palačinkové“) baterie na přání zákazníka.
Možnosti, jakými může základní fyzikálně-chemický výzkum přispět k návrhu aplikací materiálů s fázovou přeměnou (Phase Change Material, PCM), shrnula M. Bendová. PCM nacházejí využití například ve stavebnictví (viz ilustrace výše). Stavební materiál, který obsahuje složky tající a tuhnoucí při vhodných teplotách, významně spoří energii při vytápění budov. Dobrá znalost tepelných vlastností těchto materiálů, ale i jejich dalších fyzikálně-chemických charakteristik je pro takovéto aplikace velice důležitá.
Foto: Stanislava Kyselová, Akademický bulletin
Koordinátor výzkumného programu Strategie AV21 „účinná přeměna a skladování energie“ Jiří Plešek z Ústavu termomechaniky AV ČR
Na dopolední blok s aplikační tematikou navázala panelová diskuse Budoucnost skladování energie – ekonomické, národní a evropské politické aspekty, které se zúčastnili W. Arlt, D. Smeulders, J. Laciok, dr. Miroslav Punčochář (ředitel ÚCHP AV ČR) a J. Plešek. V den, kdy byla zahájena prestižní mezinárodní klimatická konference COP-21 se panelisté shodli, že k řešení výzev, které jsou spjaty s účelným využitím energie, lze přispět především hlubokými znalostmi v inženýrských i fyzikálně-chemických oborech. Navazující debaty o perspektivních tématech ve výzkumu skladování energie se zúčastnili W. Arlt, M. Bendová, K. Bouzek, L. Kavan, a D. Smeulders. Diskuse se kromě přednášek věnovala i bezpečnosti Li-ion baterií. Otázku využití geotermální energie komentoval z publika místopředseda AV ČR dr. Jan Šafanda.
Setkání zaznamenalo pozitivní ohlasy a přispělo ke zlepšení jak komunikace mezi badateli, státní správou a podnikatelskou sférou, tak i spolupráce mezi akademickými ústavy. Příspěvkem k tomuto úsilí je rovněž Společná laboratoř skladování energie, kterou koncem roku založily Ústav termomechaniky a Ústav chemických procesů. V laboratoři budou vědci zkoumat některá témata otevřená během workshopu.
MAGDALENA BENDOVÁ,
Ústav chemických procesů AV ČR, v. v. i.,
JAN HRUBÝ, MIROSLAV CHOMÁT a PATRIK ZIMA,
Ústav termomechaniky AV ČR, v. v. i.