Systémy pro skladování energie z obnovitelných zdrojů pro napájení budoucnosti

I v roce 2020 tvoří obnovitelné zdroje energie 37,5 % hrubé spotřeby elektřiny v EU. Jedná se o navýšení z 34,1 % v předchozím roce, přičemž větrná a vodní energie představují více než dvě třetiny celkové elektřiny vyrobené z obnovitelných zdrojů. V roce 2020 bylo Švédsko v Evropě na prvním místě se 60 % energie získanými z obnovitelných zdrojů. Za ním následovalo Finsko (43,8 %), Lotyšsko (42,1 %) a Rakousko (36,5 %).

Podle organizace EDF v současnosti obnovitelné zdroje energie produkují 26 % světové elektřiny, a do roku 2024 se očekává podíl ve výši 30 %. V červnu 2022 zpráva Mezinárodní energetické agentury (IEA) tvrdila, že se investice do energetiky po celém světě se v roce 2022 zvýší o 8 % a dosáhnou tak 2,4 bilionu dolarů – nárůst se týká především ekologické, „zelené“ energie.

Co přesně je tedy obnovitelná energie? V podstatě je to energie, která je udržitelná. Je to čistá, cenově dostupná a spolehlivá energie, a jako taková nikdy nedojde, na rozdíl od neudržitelných zdrojů, jako jsou fosilní paliva, zejména uhlí, které bylo palivem průmyslové revoluce.

Hlavní typy obnovitelné energie jsou solární, větrná, vodní, přílivová, geotermální a biomasa. Dalšími typy jsou termální energie oceánů a bioplyn. Podle organizace EDF představuje množství solární energie, které za pouhou hodinu dorazí na povrch země, více než celkovou energetickou potřebu planety po celý rok. To zní jako ideální řešení. Kolik solární energie můžeme skladovat a používat, však do značné míry závisí na počasí a denní době, na výnosu sluneční energie. Když je počasí větrné, vítr je vynikajícím zdrojem obnovitelné energie a buduje se stále větší počet větrných farem. Ty však zahrnují instalaci obrovských větrných turbín, které mnozí lidé považují za ohyzdný prvek v krajině, dokonce i když jsou umístěny daleko na moři. Kromě toho mnoho odborníků varuje před uhlíkovou stopou a náklady na konci životnosti větrných turbín. Samozřejmě, že systémy pro skladování větrné energie jsou také omezeny množstvím větru, který v daném okamžiku fouká.

Pokud jde o vývoj, nejvyspělejším obnovitelným zdrojem energie je vodní energie, která zahrnuje výstavbu přehrad nebo bariér a dostupnost velké nádrže na vytvoření řízeného toku vody, který pohání turbínu. Vodní energie není závislá na počasí, ale vyžaduje výstavbu velkých konstrukcí a rozsáhlých nádrží.

Energie přílivu a odlivu je podobná vodní energii a liší se v tom, že spoléhá na přírodu, která dvakrát denně produkuje přílivové (odlivové) proudy, které se používají k pohonu turbínových generátorů. To znamená, že zdroj energie není nepřetržitý, ale je přinejmenším předvídatelný. Geotermální energie využívá přirozené teplo nacházející pod zemským povrchem, a lze ji použít k výrobě elektřiny nebo tepla pro vytápění domácností. Její dostupnost však není zaručena, přičemž Island vyrábí mnohem více tohoto typu energie, než například Velká Británie. A konečně energie z biomasy zahrnuje spalování organických materiálů za účelem výroby elektřiny. Tento přístup není zaváděn tak široce jako ostatní, ale představuje významný přínos z hlediska životního prostředí a celkových nákladů, protože přeměňuje zemědělský, průmyslový a domácí odpad na tuhé, kapalné a plynové palivo.

Zatímco všechny výše uvedené možnosti mají své výhody a nevýhody, skladování energie z obnovitelných zdrojů představuje hlavní výzvu s ohledem na maximální využití těchto alternativních zdrojů energie. Technologie pro skladování energie z obnovitelných zdrojů bude dokončena v okamžiku, kdy bude schopna nabídnout nákladově efektivní způsob ukládání obnovitelné energie a jejího uvolnění, když je potřeba. 

Existují v podstatě čtyři typy řešení pro skladování energie z obnovitelných zdrojů: technologie skladování prostřednictvím přečerpávání vody, skladování tepelné energie, mechanické skladování energie a systémy pro skladování energie na bází akumulátorů.

Zahrnuje čerpání vody směrem vzhůru, její uchovávání v nádrži a uvolnění přes turbíny. Podle zprávy IEA o obnovitelných zdrojích energie bude více než 50 % nové evropské kapacity v oblasti vodní energie v roce 2025 pocházet z přečerpávacích vodních skladovacích kapacit, zejména ve Švýcarsku, Portugalsku a Rakousku. Totéž by mělo platit i pro Čínu, a to někdy mezi lety 2023 a 2025.

Zahrnuje skladování přebytečné energie, obvykle z obnovitelných zdrojů nebo odpadního tepla, na pozdější použití. Voda, písek a horniny jsou schopny ukládat tepelnou energii a Mezinárodní agentura pro obnovitelné zdroje energie odhaduje, že tepelné skladování energie by mohlo do roku 2030 dosáhnout 800 gigawatthodin (GWh) instalované kapacity.

Využívá k ukládání elektrické energie gravitaci nebo pohyb (například setrvačník). Mechanické skladování energie může také zahrnovat skladování stlačeného vzduchu nebo plynu, který se zahřívá a roztahuje pomocí turbíny.

Všeobecně je uznáváno, že nejúčinnější způsob skladování(a dodávek) energie pocházející z obnovitelných zdrojů je prostřednictvím systémů pro skladování energie z obnovitelných zdrojů na bázi akumulátorů. Čím více skladovací kapacity v akumulátorech bude k dispozici pro skladování energie z obnovitelných zdrojů, tím méně bude zapotřebí konvenčních energetických zdrojů z minulosti.

Systémy skladování energie od společnosti Atlas Copco nabízejí tichý provoz a minimální údržbu, takže jsou ideální pro telekomunikační instalace na vzdálených místech nebo na staveništích v metropolitních oblastech. Pokud fungují jako hybridní úložné systémy, jsou ideální pro vyrovnávání špiček v poptávce a nízkých zatížení. Tyto systémy pro skladování energie z obnovitelných zdrojů umožňují uživatelům snížit spotřebu paliva a emise skleníkových plynů, protože ukládají energii z obnovitelných zdrojů v rozsahu od 46 kWh do 535 kWh a poskytují více než 12 hodin napájení na jediné nabití.

Nejúčinnější systémy využívající akumulátory pro skladování energie z obnovitelných zdrojů jsou založeny na dobíjecích lithium-iontových (Li-Ion) akumulátorech. Tyto lehké, ale vysoce výkonné akumulátory se staly preferovanou volbou z mnoha důvodů. V neposlední řadě za tím stojí schopnost lithium-iontového akumulátoru o hmotnosti 1 kg uložit 150 watthodin na kilogram (Wh/kg). Niklmetalhydridový akumulátor (NiMH) obvykle pojme 60 až 70 Wh/kg a olověný akumulátor o hmotnosti 6 kg je schopen skladovat pouze přibližně 25 Wh/kg.

Porovnáme-li lithium-iontový akumulátor s olověnými akumulátory, první technologie má delší životnost a lepší výkon pro nepředvídatelné a proměnlivé zatížení a při vysokých teplotách. Výkon niklmetalhydridového akumulátoru v průběhu času a za vysokých teplot je lepší než u olověných akumulátorů, ale je přesto slabší než to, co nabízejí lithium-iontové akumulátory.