Súčasný energetický sektor čelí výzvam spojeným s rastúcim podielom obnoviteľných zdrojov energie, ako aj kolísavej spotrebe. Táto variabilita vyžaduje robustné a flexibilné riešenia na udržanie stability elektrickej siete. Jednou zo sľubnejších technológií je Pumped Thermal Energy Storage (PTES), teda prečerpávacie skladovanie tepelnej energie.
Princíp a fungovanie PTES
PTES predstavuje typ dlhodobej energetickej akumulácie, ktorý funguje na unikátnom princípe ukladania elektrickej energie vo forme tepla a chladu. Jadrom systému je využitie tepelných čerpadiel na princípe superkritického oxidu uhličitého (sCO2). Keď je v sieti prebytok elektrickej energie (napríklad z vodných, veterných, alebo solárnych elektrární v čase nízkeho dopytu), elektrina sa použije na pohon tepelného čerpadla. To odoberá teplo z jedného zásobníka a odovzdáva ho do druhého, čím vytvára teplotný rozdiel – teda teplo a chlad.
Kľúčovou výhodou PTES je, že na skladovanie tepla a chladu využíva bežné a ľahko dostupné materiály, ako sú betón, oceľ, voda alebo olej. Tieto materiály sú nielen cenovo efektívne, ale aj environmentálne menej zaťažujúce v porovnaní s batériovými úložiskami, ktoré potrebujú vzácne kovy. V čase, keď je potrebné dodávať elektrickú energiu späť do siete (napríklad počas špičky alebo pri nízkej produkcii obnoviteľných zdrojov), sa uložené teplo spätne premení na elektrickú energiu prostredníctvom tepelného motora.
Vízia, alebo použiteľná technológia?
Plne funkčné komerčné úložisko PTES od Westinghouse ešte nie je v prevádzke, ale technológia je v pokročilom štádiu vývoja a demonštrácie. Prvý plnohodnotný projekt sa v súčasnosti buduje na Aljaške v USA. Tento projekt má preukázať komerčnú životaschopnosť a spoľahlivosť PTES v reálnych podmienkach.
Podpísané memorandum medzi spoločnosťou Westinghouse a slovenským štátnym podnikom Vodohospodárska výstavba predstavuje prvý krok k vybudovaniu takého zariadenia aj na našom území. Okrem Slovenska podobné menorandum podpísalo aj Bulharsko.
Výhody a účinnosť PTES
- Predpokladaná životnosť systémov PTES je až 60 rokov
- Vďaka využítiu bežných materiálov a princípov tepelnej akumulácie sa predpokladá nižšia ekologická stopa
- Relatívna jednoduchosť konštrukcie systému môže viesť k rýchlejšej a ekonomickejšej výstavbe
- Účinnosť nových systémov PTES sa pohybuje okolo 60-65%, čo je menej ako u klasických prečerpávacích elektrární (75-85%) alebo batériových úložísk (85-95%), čo vidím ako hlavný nedostatok tejto technológie
Dôvody a možnosti stabilizácie siete
Kľúčovou úlohou prevádzkovateľov elektrických sietí je udržiavať veľmi presné napätie a frekvenciu za každých okolností. V súčasnosti sú výkyvy vo výrobe a spotrebe stále častejšie, čo vedie k narušeniu stability siete. Práve tu prichádzajú do hry flexibilné zdroje a možnosti stabilizácie:
- Schopnosť rýchlo znížiť alebo zvýšiť výrobu elektrickej energie je kľúčová. Sem patria napríklad plynové elektrárne, ktoré môžu rýchlo reagovať na zmeny v dopyte.
- Riadenie spotreby, napríklad prostredníctvom smart grid technológií, umožňuje presúvať spotrebu na časy prebytku energie, čím sa znižuje zaťaženie siete.
- V situáciách, keď je v sieti extrémny prebytok elektriny, môže cena elektriny klesnúť pod nulu. Záporné SPOT-ové ceny motivujú spotrebiteľov a úložiská k odberu energie, čím sa stabilizuje sieť.
- Akumulačné systémy, ako v budúcnosti PTES, prečerpávacie elektrárne a batériové úložiská, sú nevyhnutné na absorbovanie prebytkov energie a jej dodávanie v čase nedostatku.
- Možnosť exportovať prebytočnú energiu do susedných sietí tiež prispieva k stabilizácii, hoci je závislá od medzinárodnej infraštruktúry a dohôd.