Jak se svět stále více posouvá k obnovitelným zdrojům energie, tak narůstá význam velkokapacitních baterií pro skladování značného množství energie. Snižování emisí uhlíku není zadarmo. Každý obnovitelný zdroj má svoje specifika a vrtochy. Je obtížné je sladit dohromady a vytvořit z nich hladce fungující rozvodnou síť.
K tomu jsou nutné masivní baterie, které využívají různé chemické či fyzikální triky k praktickému uskladnění energie. Mohou to být lithium-iontové baterie, vodní baterie, baterie založené na roztavených solích či křemíku, baterie s vysokou termální vodivostí, baterie v podobě věží či studen se zavěšenými betonovými bloky anebo baterie s ohromným množstvím stlačeného vzduchu.
Výstavbou fyzikálních baterií na stlačený vzduch se zabývá startup Hydrostor. Nedávno oznámili, že v Kalifornii vybudují dvě takové fyzikální baterie, z nichž každá bude největším systémem pro ukládání energie na světě u těch, co nepoužívají vodu. První z těchto zařízení vyroste v Rosamondu a mělo by být spuštěno v roce 2026. Druhá baterie by měla vzniknout později, rovněž v Kalifornii, ale doposud není známá lokalita, kde bude umístěna. Každá z těchto baterií by měla mít výkon 500 MW a měla by pojmout cca 4 GWh energie.
Hydrostor využívá technologii „stlačování vzduchu do podzemí“ CAES (Compressed air energy storage), ve variantě A-CAES, jako adiabatický CAES systém. Takové zařízení uchová teplo, které odejme při stlačování obyčejného vzduchu do podzemního úložiště. Při návratu energie do rozvodné sítě zařízení použije k zahřátí stlačeného vzduchu právě uložené teplo. Toto uspořádání zvyšuje efektivitu fyzikální baterie.
Obě fyzikální baterie by mohly uskladnit až 10 GWh energie, kterou bude možné při vysokém výkonu uvolňovat 8 až 12 hodin. Takové parametry jsou výhodné pro obhospodařování obnovitelných zdrojů energie. Velkou výhodou těchto baterií je jejich životnost. Měly by být schopné provozu déle než 50 let. Právě dlouhá životnost těchto baterií se projeví na jejich ekonomické výhodnosti. Například lithium-iontové baterie je v některých ohledech předčí, ale při dlouhém provozu bude jejich nákladnost podstatně narůst. Li-Ion baterie totiž nevydrží věčně a je nutné je pravidelně měnit.
Video: How Hydrostor Is Enabling The Energy Transition (2021)
Literatura
Startup Hydrostor bude ukládat energii stlačováním vzduchu v zinkovém dolu
Autor: Stanislav Mihulka (17.02.2019)
Energy Vault uskladňuje energii s masivním jeřábem a těžkými bloky betonu
Autor: Stanislav Mihulka (17.10.2019)
Startup Gravitricity staví prototyp gravitačního systému pro uskladnění energie
Autor: Stanislav Mihulka (01.09.2020)
Překvapivé řešení: Budeme ukládat energii v „čokoládových muffinech“?
Autor: Stanislav Mihulka (10.09.2020)
Diskuze:
Účinnost než tak špatná
Kamil Kubu,2021-05-05 17:24:23
Jako u každé jiné akumulace, účinnost je dána poměrem energie získané, vůči energii vložené. U tohoto systému je vloženou energií práce potřebná na stlačení vzduchu na potřebný tlak, energie získaná naopak energie vyrobená rozpínáním stlačeného vzduchu ohřátého akumulovaným teplem z procesu komprese. Pokud bychom považovali ztráty z tření v kanálech akumulační šachty za marginální, hlavní dopad na účinnost celého cyklu bude mít účinnost kompresoru, turbíny a tepelného výměníku a tepelného akumulátoru.
Tepelné výměník je možné konstruovat tak, aby jeho účinnost dosahovala blízko ke 100%, proto můžeme tyto ztráty rovněž považovat za marginální. Ztráty z tepelného akumulátoru se projeví pouze v dlouhodobém horizontu a je možné je pro typický operační cyklus pomocí izolace rovněž omezit na minimum.
Hlavním faktorem účinnosti tak bude isentropická účinnost kompresoru a turbíny. Pokud bychom vzhledem k výše uvedeným předpokladům počítali účinnost pouze cyklu kompresor/turbína, dostaneme hodnoty v rozmezí cca 74-87 % pro realistické rozpětí účinností těchto součástí 0,85-0,95. To není asi úplně špatné.
Další kladnou vlastností tohoto zařízení by mohla být možnost poskytovat služby stabilizace sítě díky roztočené hmotě kompresoru, turbíny a generátoru. Při výkonu 500 MW se už může jednat o zajímavou setrvačnou hmotu.
Škoda jen, že společnost na svých stránkách neuvádí více informací o detailech provozu a výkonech zařízení, která jsou již ve stabilním provozu připojena do sítě.
Re: Účinnost než tak špatná
Josef Hrncirik,2021-05-05 21:57:08
V textu : Parní a plynové turbíny (ČEA) se uvádí isoentropická účinnost turbíny 50-80-88%.
Udává-li se účinnost dýzy (statoru) 0,9-0,95 a lopatek (rotoru) 0,8-,82 je pak isoentropická
účinnost max. 0,78. Někdy se udává že je max. 88%. Vodní turbína může mít až 90%.
Jaká je tato účinnost u velkých strojů (Temelín, Dukovany) ev. parametry páry?
Re: Re: Účinnost než tak špatná
Kamil Kubu,2021-05-06 09:16:47
Souhlasím s Vámi, že očekávat špičkové hodnoty je v daném rozmezí je opravdu optimistické. Mě se podařilo dohledat starší práce pro existující turbíny, kde se uvádějí polytropické účinnosti v rozmezí 87-90. Říkal jsme si, že dnes už technika mohla být o kousek dál.
Na druhou stranu je známo, že při zvyšujícím se "pressure ratio" klesá účinnost kompresoru a zvyšuje se účinnost turbíny. Takže možnost, že se potkají účinnosti kompresoru i turbíny na 0,95 je prakticky nemožná.
generator jinak
Zdeno Janecek,2021-05-03 11:00:54
videl jsem navrhy na uschovu energie na principu jeřábu, kde visely betonove bloky na lanech.
Proc nikdo neuvazuje nad vyuzitim ruznych kopcu se sklonem nad 30%, kde by se osadily koleje s prazci 1435mm a na to daly vagony zalite betonem ? Podle mne celkem snadno realizovatelne a mame tihove generatory jak vysite !!
Re: generator jinak
Pavel Hudecek,2021-05-03 14:15:47
Protože se tam vejde dost málo energie.
Kdysi jsem o tom uvažoval a vyšly mi dva teoreticky dostatečně velké koncepty:
1. Podřízlej kopec na pístu. Super, teda až na nejspíš velmi nákladnou realizaci.
2. Skládka na pístu. Postaví se píst a kopec bude časem doplněn z odpadu. Nejvhodnější materiál asi nějaká těžká hlušina z rudy.
Re: Re: generator jinak
Václav Dvořák,2021-05-03 22:49:46
Nedovedu si představit pohyblivou konstrukci, která by takový kopec dokázala strukturálně udržet... pokud ano, bylo by to nejspíš dražší než přečerpávací elektrárna. Jen odhaduju, žádný výpočet jsem si nedělal.
Re: generator jinak
Jiří Kocurek,2021-05-04 01:50:32
V horní nádrži Dlouhých je nějakých 2,5 milionu tun vody. Železniční vagon (cisterna) uveze přibližně 60 tun vody a sám váží 20 tun.
Pro nahrazení turbín Dlouhých strání by tak bylo potřeba 30.000 vagonů. Pro představu: ČD Cargo vlastní asi 25.000 vagonů. Ale tím to nekončí. Nákladní vagon je dlouhý přibližně 15 metrů (ta cisterna). To nám dává 450 kilometrů kolejí pod kopcem, ale také 450 km kolejí na kopci, aby bylo kam ty vagony odstavit, když je naakumulováno.
Beton má hustotu 2,4 tuny na m3. Při novostavbě vagonů, které uvezou 2,5x více než standardní železniční vagon, se koleje zkrátí na 2x 200 kilometrů a počet vagonů poklesne na 12.000 ks.
K tomu několikery koleje, které budou ve svahu. K tomu nějaké ty navijáky o souhrnném výkonu 100x lokomotiva Vectron.
Re: Re: generator jinak
Václav Dvořák,2021-05-04 11:18:58
Tímto výpočtem je k tématu mechanických akumulátorů energie asi řečeno vše :)
Když se vrátím k porovnání s PE, tak kapacita v jednom cyklu u Dlouhých strání je 3.243 GWh. U této plánované elektrárny od Hydrostoru to má být 10 GWh, takže to bude, pokud se opravdu zrealizuje, celkem slušně výkonné zařízení.
Re: Re: Re: Degenerator jinak
Josef Hrncirik,2021-05-04 13:55:14
Ten sumátor!
Jak vidno zříti v 3. odstavci pod logem Hydrostav, jedná se o 2 zařízení á 4 GWh.
10 GWh z toho dostanou teprve po započtení DPH 25%.
Re: Re: Re: Re: Degenerator jinak
Václav Dvořák,2021-05-04 17:57:06
Tak tady šlo hlavně o to, mít hrubou představu pro porovnání obou řešení - přitom jsem vycházel z věty "Obě fyzikální baterie by mohly uskladnit až 10 GWh energie, kterou bude možné při vysokém výkonu uvolňovat 8 až 12 hodin.", uvedené v článku na začátku 5. odstavce :)
úČinnost
Josef Hrncirik,2021-05-03 08:37:23
Pohlédneme-li omylem do thermodynamických tabulek, zjistíme, že (Cv N2)/Cv Fe = cca 2 (J/K.g)/(J/K.g).
Pakliže k akumulaci tepla je zapotřebí cca 8000 m3 Fe, tj. cca 64 kt, k přivedení tohoto tepla bude stačit pouhých 32 kt vzduchu, který při 25°C a tlaku 38 bar bude mít objem cca 710 000 m3 (plný zásobník v hloubce 380 m pod vodou. Zbývá tedy vyrubat ze zaplaveného Zn dolu pouhých 710000 - 324 000 m3 promočeného zinkového blejna (sfaleritu) a termální brouzdaliště musí být hluboké cca 6,6 m.
ZDAŘ BUOH!
nějak se mi to nezdá---
Eva M,2021-05-02 14:27:07
...nebyla by přeci jen schůdnější ta tavenina, nějaký chemický proces nebo -- možná je to nesmysl - nějak zapracovat na tom dálkovém přenosu (neboť vždycky někde svítí?)
Hydrostor :-O
Miroslav Pragl,2021-05-02 12:40:33
HYDROstor je zvlastni nazev startupu, ktery uklada energii do stlaceneho VZDUCHU.
MP
Re: Hydrostor :-O
Michal9703 Devetsedm,2021-05-02 18:11:18
Řečtina už se dnes bohužel na gymnáziích nevyučuje.
Re: Re: Hydrostor :-O
Marek Pech1,2021-05-03 00:57:18
Mrkněte na video. Jde spíš o to, že pan Mihulka nezmínil významnou část technologie - vodní rezervoár a využití hydrostatiky.
Zajímává možnost tam, kde není prostor nebo dost vody
Václav Dvořák,2021-05-02 12:04:48
- jinak ale přečerpávací elektrárny jsou osvědčené funkční řešení. Zajímalo by mně právě porovnání účinnosti s přečerpávacími elektrárnami a porovnání z hlediska celkového výkonu a kapacity a zabraného území vůči běžným PE třeba v Česku. Právě další výhoda by mohla být v tom, že se dají využít prostory pod zemí a nahoře může stát jen technická budova.
Jo,papír toho unese.
František Kalva,2021-05-02 11:42:36
A co ztráty při akumulaci, jednak teplo při kompresi a chlad, tedy odčerpávání tepla z okolí při dekompresi, plus vysoušení i okolního vzduchu, aby nedošlo k zamrznutí ventilů. Odhadem desítky procent ztrát a to se vyplatí !
Re: Jo,papír toho unese.
Pavel Aron,2021-05-02 12:32:31
Je to v článku :
Hydrostor využívá technologii „stlačování vzduchu do podzemí“ CAES (Compressed air energy storage), ve variantě A-CAES, jako adiabatický CAES systém. Takové zařízení uchová teplo, které odejme při stlačování obyčejného vzduchu do podzemního úložiště. Při návratu energie do rozvodné sítě zařízení použije k zahřátí stlačeného vzduchu právě uložené teplo. Toto uspořádání zvyšuje efektivitu fyzikální baterie.
Jiří Krist,2021-05-02 10:51:01
Stejná technologie se užívala k pohonu důlních lokomotiv,i v ostravsko-karvinském revíru. V ukládání elektřiny pak v Německu (90.léta 20.století), pokud si vzpimínám, šlo o podzemí starého solného dolu. Akumulační kapacita elektřiny na 1 m3 vzduchu, stlačeného na 300 barů, byla 6 kWh, i bez vyřešení úschovy tepla, produkovaného při kompresi, byla účinnost 6t%. V situaci, kdy se ceny elektřiny stále častěji vinou časového nesouladu nabídky a poptávky dostávají do záporných hodnot, je to nejen technická lahůdka, ale časem i ekonomická investice.
Účinnost a hluk?
M_. D_.,2021-05-02 10:07:46
Jak se ptá již pan Voráček, zajimavá by byla celková účinnost. A kolik k tomu přidá to uložené teplo, pokud ho využiji až třeba o den později. Ale tak při přemýšlení, ten uvolňvaný vzduch - to také může dělat slušný kravál?
Hydrostor měl mít už rok hotovou podobnou demo elektrárnu v Austrálii s cca 5 MW, to by mohl být pěkný zdroj pro prvotní data. Ale na webu Hydrostoru je o tom už nějak ticho a Australani uvádí jako discontinued... https://arena.gov.au/projects/hydrostor-angas-a-caes-project/
A koukám, že tu na ten projekt v Austrálii je i odkaz pod článkem na starší Oslí článek z 2019 - https://www.osel.cz/10374-startup-hydrostor-bude-ukladat-energii-stlacovanim-vzduchu-v-zinkovem-dolu.html
účinnost
Radomír Voráček,2021-05-02 09:09:27
je k tomuto projektu známa předpokládaná účinnost?
Re: účinnost
Josef Hrncirik,2021-05-02 21:59:20
Jako obvykle když není známo vůbec nic, pomohou snímky BlindCat s.r.o..
Porovnáním výšky dveří u zastřešeného objektu či výšky plotu s velikosti kulovitého a válcovitého zásobníku je nad Slunce jasnější, že užitkový objem kulového je 6000 m3 a válcového 9000 m3 neznáma. Dále je zřejmé, že strana thermálního koupaliště je cca 322 m a jeho plocha cca 104000 m2.
Z titulního obrázku videa (hloubkového roetgenového řezu tímto zlatým dolem) vidno zříti, že 4 levné zásobníky spíše beztlakové, protože protitlakované vnějším tlakem vody mají celkový objem cca 324000 m3. Thermální koupaliště tedy musí být alespoň 3 m hluboké.
Pokud adiabetik adiabaticky natlačí vzduch do hloubky oněch cca 380 m, musí být vzduch stlačen cca 38 krát a tudíž se zahřeje z cca 20°C nutně na cca 828 K, tj. 535°C. Aby se nudisté v thermálním koupališti neuvařili, vzduch vtlačovaný do podzemí nesmí opustit výměník tepla (tepelný akumulátor) teplejší než 25°C. Předpokládejme výměník (mřížoví či trubky či sypané lože) z železa. Při tepelné kapacitě Fe zahřátím z 25°C na 535°C absorbuje cca 0,5 kWh tepla/Litr. K akumulaci 4 GWh postačuje pouhých 8 ML železa, tj, 8000 m3. Dalších nutných cca 8000 m3 musí tvořit kanálky pro proudění vzduchu výměníkem. Je tedy zřejmé, že skutečný akumulátor tvoří kulový + válcový zásobník celkového objemu cca 15000 m3, nikoliv jen čokoládové malé válce vlevo od nich.
Re: Re: účinnost
Miyuki Pateru,2021-05-03 14:51:54
Mě se teda nechce zkoumat další pravděpodobně podvodnej startup.
Ale proč teplo "jednoduše" neuložit jako přehřátou páru. Pak je zásobník malinkatej v porovnání s čímkoliv beze změny skupenství.
Ani to sice neumožní veškerý teplo uložit, ale lepší řešení asi těžko existuje.
Akorát teda nechci bejt pak na dohled toho zásobníku páry.
Re: Re: Re: účinnost
Josef Hrncirik,2021-05-03 20:13:27
Tlaková pára či velmi přehřáta tlaková voda mají cca 1/4 energetického obsahu TNT s podobnou schopností expanze. (Velká cena a velké nebezpečí od ev. velmi horké natlakované nádoby). Lepší je teplo skladovat beztlakově a připravovat jen nezbytně nutné množství tlakové páry pro okamžitou spotřebu. Velké výparné teplo vody jako pracovní látky tepelného stroje je vlastně její velká nevýhoda. Výhodou je naopak velká hustota kapalné vody a především velká rychlost zvuku v páře (rychlost unikání páry z trysky při expanzi) což se silně projeví též při ev. výbuchu.
Největší zážitek je z exploze papiňáku plněného na hustotu 0,27 kg vody/l.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
