Evropská unie bude muset na základě závazku, který si na své cestě k uhlíkové neutralitě uložila, do roku 2030 upravit své energetické hospodářství tak, aby alespoň 32 % energie získávala z obnovitelných zdrojů. To bude jinými slovy znamenat, že téměř třetina zdrojů bude z velké části závislá na aktuálních přírodních podmínkách a jejich regulační možnosti pro zajištění výkonové rovnováhy v elektrizační soustavě budou omezené; slunci a větru zkrátka neporučíme.
Řešení však existuje: jsou jím technologie umožňující ukládání energie a následné využití. V současné dochází k rychlému rozvoji především bateriových úložišť. Úložiště totiž umožňují, aby obnovitelné zdroje vytvářely více energie, než je jí v danou chvíli potřeba, a ukládaly ji na dobu, kdy bude energie z těchto zdrojů naopak nedostatek. Bateriová úložiště mají oproti klasickým akumulačním systémům, jako jsou například přečerpávací vodní elektrárny, několik výhod. Jsou jimi především rychlost dodávky elektrické energie, vysoká účinnost, a hlavně rychlá a snadná instalace v místech, kde je akumulace potřeba. Tato flexibilita je v současné době v mnoha oblastech lidské činnosti klíčová. Navíc zřejmě není daleko doba, kdy koncoví spotřebitelé elektrické energie budou běžně využívat služby tzv. solárního cloudu – to znamená, že nespotřebovanou elektřinu vyrobenou například fotovoltaickou elektrárnou si uloží do baterie a vyberou si ji později. První pilotní projekty běží již i v ČR. Předností bateriového úložiště může ale využít i provozovatel distribuční sítě. Jedním ze způsobů jeho využití může být například kompenzace přetoků jalového výkonu do přenosové soustavy a zajištění kvalitativních parametrů dodávek elektrické energie a spolehlivosti v místech, kde by investice do nových vedení a trafostanic byly příliš vysoké nebo nejsou proveditelné. Bateriový systém lze využít i k rychlému vyrovnávání výkonové bilance v přenosové soustavě, a to buď v rámci lokální distribuční soustavy k vyrovnávání prudkého nárůstu nebo úbytku spotřeby, nebo k rychlému dodání regulační energie v rámci obchodování se silovou elektřinou, či k rozšíření regulačního rozsahu a zkvalitnění služeb v rámci poskytování služeb výkonové rovnováhy pro provozovatele elektroenergetické přenosové soustavy. Bateriová uložiště hrají důležitou roli i při rozvoji e-mobility.
Respektovaná poradenská společnost McKinsey řadí bateriová úložiště, resp. nové technologie ukládání energie mezi deset zásadních technologií současnosti s obrovským ekonomickým potenciálem. K technologickému rozvoji v této oblasti aktuálně přispívá i pokles cen baterií. Ty od roku 2014 podle německého svazu BSW (Bundesverband Solarwirtschaft) zlevnily na polovinu. I díky tomu je nyní podle BSW každá druhá střešní fotovoltaická elektrárna v Německu instalována v kombinaci s bateriovým úložištěm. Momentálně největší evropské úložiště se nachází rovněž v Německu: na severu země u města Jardelund. Jeho výkon dosahuje 48 MW, kapacita činí zhruba 50 MWh. V jižní Anglii však před nedávnou dobou začala výstavba ještě většího bateriového úložiště. To by mělo dosahovat výkonu 34 MW při kapacitě 68 MWh. Zahájit provoz by mělo v průběhu roku 2021. Společnost Siemens si první velkou bateriovou referenci zapsala v roce 2012, kdy byl její úložný systém připojen k italské vysokonapěťové distribuční síti Enel Distribuzione. Úložiště slouží jako podpora lepší integrace solární elektrárny do lokální sítě a také jako dobíjecí stanice pro elektromobily. Jeho základem jsou lithiumiontové baterie o výkonu 1 MVA a kapacitě 0,5 MWh.
Historie lithium-iontových akumulátorů se začala psát již na počátku 20. století. První experimenty v tomto směru prováděl Američan G. N. Lewis v roce 1912. V 70. letech spolu v dalším vývoji soutěžily Bellovy laboratoře a laboratoře společnosti Exxon. Na komercionalizaci lithium-iontových baterií jsme si však museli počkat ještě dalších 20 let. Teprve na počátku 90. let začaly dodávat na trh lithium-iontové baterie společnosti Sony a Asahi Kasei. Jednalo se o malé bateriové články pro spotřební elektroniku. Až posléze se tyto baterie začaly uplatňovat i ve větších formátech – v aplikacích pro skladování energie. Lithium-iontové baterie v současné době představují nejvhodnější, dostatečně vyzkoušenou technologii z hlediska poměru cena/výkon.
„Bateriová uložiště dodávaná společností Siemens, která využívají nejnovější modely výkonových lithium-iontových baterií a výkonové elektroniky lze v současné době nalézt v mnoha různých aplikacích od výkonu 30 kW po 10 MW."
Nejběžnější typy akumulátorů jsou založeny na elektrochemickém principu. Elektrochemické akumulátory využívají přeměnu elektrické energie na energii chemickou, kterou je možno v případě potřeby transformovat zpět na elektrickou energii. Procházející proud v elektrochemickém akumulátoru vyvolá vratné chemické změny, které se projeví rozdílným elektrochemickým potenciálem na elektrodách. Z elektrod se pak dá čerpat na úkor těchto změn elektrická energie zpět. Protože jsou napětí na článcích elektrochemických akumulátorů relativně malá (okolo 1,2–3,7 V), jsou tyto články také sdružovány do akumulátorových baterií pro dosažení vyššího napětí.
Dvě úložiště větších výkonů již Siemens instaloval i v České republice, konkrétně v jihočeských Mydlovarech a Plané nad Lužnicí, přičemž v druhém případě se jedná o skutečný technologický průlom. Jedná se o technologii SIESTORAGE (Siemens Energy Storage). Unikátnost bateriového systému v Plané tkví v tom, že v sobě koncentruje celou řadu pokročilých funkcionalit. Nejprve se však věnujme úložišti v Mydlovarech. SIESTORAGE v Mydlovarech je umístěn v jednom kontejneru, což zásadně snížilo náklady na stavební část a montážní práce v místě realizace. V kontejneru se nachází lithium-iontová baterie, Battery Management System, měniče, řídicí systém, Energy Management System, systémy pro napájení vlastní spotřeby a další pomocné systémy zajišťující bezpečný provoz zařízení po celou dobu jeho životnosti. Právě díky výkonnému řídicímu systému Siemens a vyspělým technologiím je SIESTORAGE možné integrovat do stávajících systémů. Instalovaná kapacita akumulačního systému SIESTORAGE je až 1,75 MWh, maximální výkon (na straně střídačů) je 1,6 MW (s omezením na 0,99 MW na základě smlouvy o připojení). Pro větší názornost uveďme, že pokud by nastal blackout, kapacita mydlovarského bateriového úložiště by dokázala pokrýt zhruba denní spotřebu 130 rodinných domů či 650 bytů. To ale není hlavní důvod instalace SIESTORAGE v jižních Čechách. V rámci pilotního programu distribuční firma E.ON baterii primárně využívá ke kompenzaci odchylek obchodníka s elektrickou energií, přičemž cílem je vyzkoušet v praxi i další technické možnosti zařízení – rychlost reakce, kapacitu a vliv na síť. V areálu energetické skupiny C-Energy v Plané nad Lužnicí bylo v roce 2019 uvedeno do provozu bateriové úložiště SIESTORAGE, jež má výkon 4 MW a kapacitu 2,5 MWh. To z něj činí největší úložiště v České republice. Průměrná česká domácnost by z něj mohla napájet svá elektrická zařízení až jeden rok. Společnost C-Energy používá SIESTORAGE především k zajištění spolehlivých dodávek elektřiny ve vlastním areálu, včetně fotovoltaické elektrárny o výkonu 500–600 kWp, v rámci dodávek do lokální distribuční soustavy (LDS), k vytvoření výkonové zálohy pro poskytování podpůrné služby se startem do pěti minut, přechodu a provozu LDS v ostrovním režimu, startu energetického zdroje ze tmy a k dalším pokročilým funkcionalitám v závislosti na provozu závodu, jako jsou regulace frekvence nebo výkonová regulace. Vysoká variabilita systému je umožněna především díky řídicímu systému, který byl vyvinut společností Siemens, a vhodnou volbou klíčových komponentů. Celé akumulační zařízení je umístěno ve venkovním prostředí ve třech kontejnerech, což značně usnadňuje jeho přepravu a samotnou instalaci.
Vypravte se s námi do historie české energetiky, společně ale nahlédneme i do její budoucnosti. Hostem podcastu je Tomáš Hüner, ředitel divize chytré infrastruktury v českém Siemensu, který se oblasti energetiky věnuje již více než 30 let.
Průmyslové metaverzum – nový svět, který zrcadlí a simuluje skutečné stroje, továrny, města, dopravní sítě a ostatní i velmi složité systémy – nabídne svým aktérům interaktivní reprezentace a simulace skutečného světa v reálném čase. V dějinách průmyslu představuje zcela novou kapitolu, kterou začínáme společně psát.
Reprezentativní budova Opery v Dubaji, hlavním městě stejnojmenného emirátu, v sobě skrývá špičková zařízení Siemens, která symbolizují pronikání moderních technologií této společnosti nejenom do exkluzivních koncertních sálů. Jsou také příkladem pro budování inteligentních měst.
Budoucím trendem zemědělství je udržitelné pěstování plodin s méně zdroji a bez použití chemických přípravků. Aby zemědělci mohli vyhovět těmto novým nárokům a požadavkům, musejí úzce spolupracovat s průmyslem, který jim dokáže poskytnout potřebné nástroje. Jak dobře může taková spolupráce fungovat, názorně předvádí FRAVEBOT – robot, který na brněnské rodinné farmě Ráječek monitoruje a sklízí jahody.
