Gravity Power Module. Budoucnost akumulace energie?

DomůElektřinaGravity Power Module. Budoucnost akumulace energie?

Rozsáhlá přeměna energetických soustav vstříc výrobě moderní čisté energie bez škodlivých emisí s sebou nese řadu úskalí, která si mnozí environmentalisté možná neuvědomují. Jedním z nich je nutnost časového vyrovnání rozdílu výroby energie s její spotřebou. Obnovitelné zdroje (OZE) představují zvýšené nároky na řízení energetické soustavy z důvodu jejich proměnlivé výroby energie, která není vždy v souladu se spotřebou. Laicky řečeno nefouká a nesvítí právě tehdy, kdy onu energii potřebujeme. Nadbytečnou energii je proto potřeba akumulovat pro využití v době její potřeby. Akumulace elektrické energie v měřítku energetických soustav jednotlivých zemí je ale poněkud problematická. V našich starších článcích si můžete přečíst o technologickém plánu akumulace energie vypracovaném v roce 2014 Mezinárodní energetickou agenturou a o významu akumulace energie v německé Energiewende.

V současné době je 99 % světové akumulační kapacity připojené do elektrizační soustavy pokryto přečerpávacími vodními elektrárnami (PVE). V tomto článku bude představena technologie, která by mohla PVE nahradit, jelikož odstraňuje jejich hlavní nedostatky. Jedná se o technologii Gravity Power Module (GPM), název je odvozen od jména společnosti Gravity Power, LLC, založené Jimem Fiskem a sídlící v Kalifornii.

Současná světová instalovaná akumulační kapacita (MW), Zdroj: iea.org

Technologie Gravity Power Module

Na rozdíl od PVE se jedná o systém provozovaný kompletně pod zemí. Energie je uložena v gravitační potenciální energii pístu, umístěného v šachtě kompletně zaplněné vodou. Tato šachta je potrubím spojena s reverzní Francisovou turbínou a motorgenerátorem. Při výrobě elektřiny klesá píst šachtou směrem dolů a vytláčí vodu potrubím skrz turbínu pohánějící generátor. Při opačném procesu se využívá elektrické energie k pohonu turbíny, ta pracuje v čerpadlovém režimu a tlakem vody vytlačí píst do horní části šachty. Celý princip je znázorněn na následujícím obrázku.

Princip činnosti. Zdroj: gravitypower.net

Z nastíněného principu je patrné, že výkon elektrárny závisí na velikosti hlavní šachty a to jak na její hloubce, tak i průměru, respektive průměru pístu. V následujícím grafu je znázorněna závislost výkonu elektrárny na průměru pístu pro různé hloubky hlavní šachty. Výkony při uvedených rozměrech je možno dodávat po 4 hodiny provozu.

Závislost výkonu elektrárny na průměru pístu pro různé hloubky hlavní šachty. Zdroj: gravitypower.net

Je vůbec takový projekt technicky možné postavit? Podrobná analýza výstavby včetně projektových plánů a odhadovaných nákladů byla vypracována německou stavební společností zabývající se výstavbou podzemních tunelů Babendererde Engineers. Společnost došla k závěru, že výstavba je možná a stávající technologii hloubení šachet stačí modifikovat. „Vzhledem k současnému stavu technologií je možné postavit takto velký systém,“ říká generální ředitel Lars Babendererde. Analýza byla následně potvrzena společností Hochtief AG, která spadá pod ACS, největší stavební společnost ve Španělsku.

Výhody oproti přečerpávacím vodním elektrárnám

Jelikož je technologie zasazena kompletně pod zem, minimalizují se dopady na životní prostředí a je možné ji situovat i do zastavěných oblastí. Plocha, kterou tato technologie zabere je mnohonásobně menší než v případě PVE. Odpadá tedy jedna z největších nevýhod PVE – velký zasah do krajiny a složitá volba lokality. Díky jednotnému konceptu by se také po vybudování prvních elektráren tohoto typu zkrátila doba plánování . Společnost Gravity Power uvádí i o několik procent vyšší účinnost, která je způsobena konstantním tlakem vody protékající turbínou. Podle odhadů by tato technologie měla dosahovat i nižších nákladů na výstavbu.

Závislost odhadovaných nákladů za kW na celkovém výkonu. Zdroj: gravitypower.net

První elektrárna GPM

V současné době se plánuje výstavba testovací elektrárny v Bavorsku, náklady na výstavbu by se měly pohybovat okolo 10 milionů euro. Dceřiná společnost společnosti Gravity Power, LLC – německá Gravity Power GmbH stále potřebuje získat potřebné finance. Investoři jsou ochotni přispět asi polovinu z celkové částky a další finance plánuje společnost získat od Bavorského ministerstva hospodářství. „Technologie Gravity Power je ještě zcela na začátku, zda to může být alternativa ke konvenčním přečerpávacím elektrárnám je zatím otevřené a pokud ano, s jakou mírou podpory ještě nemohu potvrdit, protože musí být vyjasněna řada technických a ekonomických aspektů,“ říká ministryně Ilse Aigner.