Skladování elektřiny z léta do zimy je dnes sice možné, ale velmi neprakticky drahé. V příští dekádě to chce změnit velmi ambiciózní plán amerického ministerstva energetiky.
Vysoké ceny elektřiny v letošní zimní sezóně všem připomněly, že v případě této klíčové suroviny je velmi důležité mít vyrovnanou spotřebu a výrobu. Sebevětší kapacita je k ničemu, pokud nemůže vyrábět kvůli nepříznivému počasí (například proto, že málo fouká) nebo nedostatku či přílišné drahotě používaného paliva.
Řešení mohou být různá, od stavby stabilních zdrojů po zvyšování kapacit pro skladování, tedy akumulaci, elektřiny. Ceny akumulace, tedy chemických baterií, stále klesají, a pro některá využití mohou být už dnes i na evropských trzích najít i finančně zajímavé uplatnění.
Vždy jde ale o skladování krátkodobé – a například tedy současné problémy chemické (tedy hlavně lithium-iontové) baterie vyřešit nepomohou. Levný způsob, jak skladovat elektřinu po dobu týdnů, či dokonce měsíců dnes v podstatě není.
Dnes pracují na různých nápadech na takzvané „dlouhodobé skladování energie“ stovky společností po celém světě. Žádné řešení ovšem alespoň zatím není tak levné, aby bylo prakticky použitelné.
Po změně touží kdekdo. V řadě případů jde o jednotlivce či subjekty, jejichž prohlášeními nemá smysl ztrácet čas. “Skladování elektřiny” je dnes módní pojem a nepřesností, záměrně či kvůli neznalosti zavádějících tiskových zpráv a prohlášení je všude dost. Ale protože případný úspěch by mohl výrazně změnit největší průmyslové odvětví současnosti, tedy energetiku, velké “hráče” má smysl sledovat.
Ten největší hráč
Proto je zajímavá iniciativa amerického ministerstva energetiky. Ta letos oznámila spuštění programu, který chce do roku 2030 snížit náklady na dlouhodobé skladování energie o 90 % pod cenu dnešních lithium-iontových baterií. Ministerstvo pověří odborníky ve svých národních laboratořích, aby se zaměřili na zdokonalování těchto technologií.
Zároveň bude usilovat o financování prvních demonstračních projektů ze strany Kongresu – v USA totiž státní rozpočet je pevně v rukou zákonodárců, nikoliv administrativy. Normálně by to byl důvod k pochybnostem, v posledních letech ovšem Kongres je k požadavkům na navyšování rozpočtu na výzkum a vývoj velmi vstřícný.
I Republikáni odmítli výrazné krácení těchto kapitol, které navrhovala administrativa Donalda Trumpa. Nelze vyloučit, že v tomto případě se možná nějaký odpor objeví, protože iniciativa je součástí programu Energy Earthshots, jejímž cílem je urychlit zavádění nově vznikajících technologií v boji proti změně klimatu.
Není hotovo
Spuštění programu je v podstatě uznáním toho, že Spojené státy ještě nemají k dispozici technologie, které potřebují ke splnění Bidenova cíle: dosažení vyrovnané bilance emisí skleníkových do roku 2050.
Je to vidět i na výzkumných programech. Ministryně energetiky Jennifer Granholmová letos mimo jiné oznámila cíl snížit o 80 % náklady na čistá vodíková paliva, která by mohla pomoci omezit emise z továren, nákladních automobilů nebo elektrické sítě. Oba programy jsou vytvořeny podle vzoru Obamovy iniciativy Sunshot, která se zasloužila o snížení nákladů na solární energii v průběhu roku 2010.
Bidenova administrativa počítá, že se stále levnější solární a větrnou energií, aby splnil svůj cíl, že Spojené státy budou do roku 2035 získávat 100 % elektřiny z elektráren, které nevypouštějí oxid uhličitý. Bílý dům se v současné době snaží přesvědčit Kongres, aby přijal normu pro čistou elektřinu, která by po energetických společnostech v celé zemi vyžadovala splnění tohoto cíle.
Odvětví elektřiny je zodpovědné za čtvrtinu emisí skleníkových plynů ve Spojených státech. Zhruba 60 % elektřiny se stále vyrábí spalováním fosilních paliv, především zemního plynu a uhlí (USA tedy mají o něco podíl nižší vyrobené elektřiny z jaderných zdrojů než Česko). Bidenova administrativa považuje omezení emisí z elektřiny za ústřední bod svých klimatických plánů, protože se také snaží přesvědčit Američany, aby si kupovali více elektromobilů a tepelných čerpadel, která se budou připojovat do sítě.
Podle odborníků však vyčištění energetického sektoru bude vyžadovat více než jen nové zákony. Představuje také velké technologické výzvy s nejistým výsledkem.
Na co vsadit
Několik modelů a studií z posledních let dospělo k závěru, že energetické společnosti by se mohly pravděpodobně dostat na 80 % čisté elektřiny pomocí dnešních technologií. Není to samozřejmě zadarmo: zapotřebí by bylo především instalovat většího počtu větrných turbín a solárních panelů, ale jinak by se dalo spoléhat na stávající vodní elektrárny a jaderné reaktory.
Ovšem úplně odstranění posledních 20 % emisí je i podle optimistů velký problém. Nespolehlivé obnovitelné zdroje vyžadují záložní plynové nebo uhelné elektrárny. V USA a jiných zemích (v Česku prakticky ne) se stále častěji budují lithium-iontové baterie řádově o kapacitách až stovek megawatthodin. V praxi ovšem slouží k akumulaci po dobu v průměru čtyř až šesti hodin. Přitom některých oblastech země může například bezvětří trvat několik dní nebo týdnů.
Existují řešení, ale každé má své větší či velmi velké nevýhody – je tedy těžké na jedno z nich vsadit všechny karty.
Jednou možností je stavba lepších a lépe provázaných rozvodných sítí. A to podle teorie “někde vždycky fouká”. Ale stavba nových liniových staveb, včetně vedení, je v rozvinutých zemích pomalá a naráží velmi často na pevný odpor místních obyvatel. Alternativou je i vývoj a stavba nových typů bezuhlíkových elektráren: jaderných reaktorů, geotermálních elektráren nebo fosilních zdrojů, které mohou zachycovat a ukládat emise pod zem.
Další potenciálně užitečnou možností je dlouhodobé skladování. Desítky společností experimentují s různými zařízeními, která by mohla uchovávat elektřinu po delší dobu.
Různé přístupy
Možnosti jsou různé, jak jsme ovšem uváděli na začátku, zatím všechny příliš drahé. Podle zprávy amerického ministerstva energetiky je potenciálně slibnou technologie například využívání stlačeného vzduchu.
Koncept je to jednoduchý. Levná elektrická energie se má využívat pro pohon kompresoru. Nasátý atmosférický vzduch je stlačen a uložen pod tlakem (5–7,5 MPa) v podzemní jeskyni. Když poptávka převýší nabídku energie, vzduch se z jeskyně vypouští 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 zařízení před poškozením. Stlačený vzduchu se totiž při expanzi stlačený vzduch ochlazuje na tak nízké teploty, že to materiálům (tedy především kovům) příliš nesvědčí.
Další možností je využití vodíku. Proces je ovšem neúčinný, drahý. Určitě ho lze zlepšit, otázkou je, jak rychle to půjde. Ale třeba i některé české firmy na tento nápad hodně sází.
Vzdálený cíl
Výzkumníci v oblasti ovšem tvrdí, že k praktické aplikaci je velmi daleko: a to hlavně z hlediska ceny. Je to zcela pochopitelné: jde o zařízení, která by se zapínala – a tedy vydělávala – doslova jen několikrát ročně, a tak cena musí být extrémně nízká.
Nedávný odborný článek v časopise Nature Energy odhaduje, že náklady na kapacitu by musely klesnout pod 50 dolarů za kilowatthodinu, tedy na méně než třetinu nákladů na dnešní lithium-iontové baterie pro rozvodné sítě, než začnou distributoři ve větší míře dlouhodobé skladování využívat.
To přitom mluvíme pouze o využívání v těch finančně nejvýhodnějších případech a na nejpříhodnějších trzích: pokud by mělo toto řešení být opravdu na trhu dominantním, bude možná muset cena klesnout na 1 až 10 dolarů za kilowatthodinu.
Už je asi jasné, proč z finančního hlediska je i přes vysoké ceny povolenek výrazně jednodušší a levnější spalovat zemní plyn.
