Plynulé napájení větrnou energií

Cílem bylo vyvinout zařízení pro skladování energie, které by bylo možné instalovat přímo vedle větrné turbíny, tedy tam, kde se elektřina vyrábí a přenáší s nízkými ztrátami. Jak se totiž vyrábí stále větší větrné turbíny, a tím i množství vyrobené elektřiny, jsou zapotřebí úložné systémy s vysokou akumulační kapacitou.
Jednou z možností jsou zařízení označovaná jako rotačně kinetické úložné systémy,  nebo také setrvačníková akumulační zařízení (SAZ), které představují již známé technologie využívající v praxi uplatňovaný princip: Elektromotory při nabíjení otáčejí setrvačníky a při vybíjení fungují jako generátory pro výrobu elektřiny, které využívají uloženou rotační energii, a tím opět brzdí setrvačníky. Jde o obdobný systém, jaký je využíván při rekuperaci energie v dopravních prostředcích u elektromobilů či kolejových vozidel, kdy se elektromotor při brzdění přeměňuje na generátor vyrábějící elektřinu a částečně dobíjející baterii energií získanou z hybnosti jedoucího vozidla. K hlavním výhodám stacionárního akumulačního systému setrvačníku patří jeho dlouhá životnost a vysoká účinnost. Krátkodobě lze získat zpět až 95 % akumulované energie. Ke ztrátám dochází především třením, takže aby se minimalizoval mechanický odpor, jsou setrvačníky ve vakuu.
Nový přístup v případě řešení drážďanských výzkumníků spočívá v přímé návaznosti na větrné elektrárny. Jak ale výzkumníci zdůrazňují, nejde o náhradu za velké turbíny, protože přes své impozantní výkonové možnosti mají SAZ i nezanedbatelné úskalí – nevyužitá energie se poměrně rychle vybíjí, proto je nelze používat jako dlouhodobé úložiště. Uplatnění systému vidí především pro tzv. okamžitou rezervu, např. pro bleskovou kompenzaci kolísání síťové frekvence. SAZ by mohly takové výkyvy účinně krátkodobě kompenzovat díky své velmi rychlé reakční době, protože energii lze absorbovat a znovu uvolnit ve zlomcích sekundy.
„Jakmile připojený systém vyrábí elektřinu, setrvačníky se zrychlují. Po dosažení jmenovité rychlosti je zásobník plný,“ vysvětluje Thomas Breitenbach z Technické univerzity Drážďany s tím, že podle prvních výpočtů by se SAZ zastavily téměř po dni bez dalšího přísunu energie, nicméně jmenovité otáčky lze udržet s minimálním příkonem energie. Jakmile se dodávka z větrné turbíny sníží, protože vítr utichne, aktivuje se akumulační systém v SAZ, který nahromaděnou energii vypustí do sítě, aby byla dodávka co nejkonstantnější. Když vítr opět zesílí a připojený systém začne vyrábět elektřinu, rotory turbíny (a s nimi i setrvačníky) zrychlí, a SAZ by se měly znovu uvést na jmenovité otáčky.
Jednou z výzev byla konstrukce setrvačníků, protože s jejich velikostí rostou i odstředivé síly vznikající rotací. A setrvačníkový akumulační systém v demonstrační instalaci je s kapacitou 500 kWh a výkonem 500 kW podle jeho tvůrců pětkrát větší, než dosud největší používané zařízení tohoto typu související s výrobou obnovitelné energie z větru.
Na poli jednorotorových systémů v současné době není známo žádné krátkodobé skladovací zařízení tohoto typu, které by mělo srovnatelnou skladovací kapacitu a bylo vhodné pro použití v budoucích systémech obnovitelné energie. Každý z jeho dvou setrvačníků váží 20 tun. Mnoho tradičních SAZ, zejména malých rotačně kinetických systémů, používá rotory vyrobené z kompozitních materiálů. Drážďanští výzkumníci se však rozhodli nevyužívat kompozity kvůli jejich obtížné recyklovatelnosti, ale materiál, který je jednoduchý a zcela recyklovatelný – speciální ocelovou slitinu, která odolá odstředivým silám.
Plánování a výstavba 500kW setrvačníkového systému zabrala čtyři a půl roku a současná fáze je o prověření optimálního provozu včetně funkčnosti v elektrické síti. Během tří let budou vědci zkoumat, zda se výrobcům elektřiny vyplatí vybavit takovým systémem své větrné turbíny.

Petr Sedlický
Foto: TUD

Publikováno: 4. 6. 2022 | Počet zobrazení: 413 72