Německo hledá řešení pro „temné bezvětří“. Nové železo-vzduchové baterie mají uchovávat elektřinu až čtyři dny

Český přesah

Debata o ukládání elektřiny se netýká pouze Německa. Také Česká republika bude v příštích letech řešit stále větší podíl solárních a větrných elektráren, jejichž výroba závisí na počasí. Zatímco dnes se v Česku diskutuje hlavně o bateriových úložištích, plynových elektrárnách a budoucí roli jaderné energetiky, německá diskuse ukazuje, že se na obzoru objevuje zcela nová technologie. Takzvané železo-vzduchové baterie by mohly výrazně změnit způsob, jakým budou evropské státy zvládat několikadenní období bez slunce a větru. Pokud se technologie osvědčí, může mít význam i pro českou energetiku, zejména v souvislosti s rostoucím počtem fotovoltaických elektráren a potřebou dlouhodobého ukládání energie.

Německo už několik let řeší jednu z největších slabin energetické transformace – jak uchovat přebytky elektřiny z obnovitelných zdrojů pro období, kdy slunce nesvítí a vítr nefouká. Dosavadní lithium-iontové baterie dokážou energii ukládat pouze na několik hodin, což podle řady odborníků nestačí pro zvládnutí několika dnů trvajících „temných bezvětří“ (německy Dunkelflaute). Nová technologie železo-vzduchových baterií by však mohla situaci zásadně změnit.

Podle deníku WELT se v posledních letech stále více ukazuje, že samotný rozvoj větrných a solárních elektráren nestačí. Velkým problémem jsou obrovské přebytky elektřiny během slunečných letních dnů a naopak její nedostatek během zimních období bez větru. Tyto výkyvy již vedly k výrazným cenovým výkyvům na evropských burzách s elektřinou.

Vodík měl být řešením, ale narazil na politiku

Jedním z původně uvažovaných řešení bylo využívání přebytečné elektřiny k výrobě vodíku pomocí elektrolýzy. Vodík by bylo možné dlouhodobě skladovat a později využít například v plynových elektrárnách nebo průmyslu.

Podle článku však právě část zastánců energetické transformace tuto variantu sama oslabovala. Vodík byl označován za příliš drahý „šampaňský nápoj energetické transformace“ a evropská pravidla jeho výrobu z obnovitelných zdrojů zatížila rozsáhlou administrativou. Výsledkem je, že se vodík zatím prosadil pouze okrajově.

Německo bude podle odhadů stále potřebovat plynové elektrárny

Bez možnosti dlouhodobého ukládání energie podle německého Spolkového úřadu pro síťovou infrastrukturu (Bundesnetzagentur) výrazně roste potřeba záložních plynových elektráren.

Úřad odhaduje, že už do roku 2030 bude Německo potřebovat nejméně 20 velkých plynových elektráren a do roku 2035 by jejich počet mohl vzrůst až na 70. Ty mají stabilizovat síť během období, kdy obnovitelné zdroje vyrábějí jen minimum elektřiny.

Lithium-iontové baterie mají své limity

V posledních letech se objevovala tvrzení, že plynové elektrárny nebude potřeba stavět, protože je nahradí velká bateriová úložiště.

Autor článku však upozorňuje, že lithium-iontové baterie mají zásadní omezení. Ve většině případů dokážou dodávat elektřinu pouze dvě až čtyři hodiny. Poté jsou vybité a během delších období bez výroby z obnovitelných zdrojů již nepomohou.

Právě několika denní „temná bezvětří“ přitom v Německu nastávají podle různých definic opakovaně každý rok.

Novou nadějí jsou železo-vzduchové baterie

Pozornost proto začíná přitahovat nová technologie vyvíjená americkou společností Form Energy a nizozemskou firmou Ore Energy.

Jejich železo-vzduchové baterie mají oproti dnešním akumulátorům několik zásadních výhod:

• dokážou dodávat elektřinu až 100 hodin, tedy přibližně čtyři dny,
• místo drahého lithia využívají běžně dostupné železo,
• náklady na uloženou kilowatthodinu mají být přibližně pětkrát nižší než u lithium-iontových baterií.

Jak železo-vzduchová baterie funguje?

Princip je překvapivě jednoduchý.

Při vybíjení baterie železo reaguje s kyslíkem ze vzduchu a mění se na rez. Při nabíjení elektrický proud celý proces obrátí – rez se znovu přemění na železo a kyslík se uvolní zpět do okolí.

Vývojáři tvrdí, že tento proces lze opakovat velmi dlouho a nabízí levnější i bezpečnější způsob dlouhodobého ukládání energie.

Technologie míří i do Německa

Nizozemská společnost Ore Energy už spolupracuje s nizozemskými energetickými podniky i francouzskou společností EDF. Současně připravuje výrobu baterií v německém Gelsenkirchenu za podpory spolkového ministerstva hospodářství.

Americká firma Form Energy mezitím buduje projekty v několika amerických státech, včetně bateriového úložiště pro datové centrum společnosti Google v Minnesotě. Od letošního března plánuje také desetimegawattový projekt v Irsku a nyní se zaměřuje právě na německý trh.

Německo je podle firmy ideálním místem

Zakladatel společnosti Form Energy Mateo Jaramillo považuje Německo za ideální prostředí pro využití dlouhodobých bateriových úložišť.

Podle něj zde existují významná omezení přenosové soustavy i velké rozdíly mezi místy výroby elektřiny a oblastmi její spotřeby. Právě několikadenní baterie by mohly tyto problémy výrazně zmírnit.

Odborník: Největším konkurentem nejsou baterie, ale plynové elektrárny

Energetický expert Lion Hirth z berlínské Hertie School upozorňuje, že železo-vzduchové baterie nejsou konkurencí současným lithium-iontovým akumulátorům.

Zatímco dnešní baterie vydělávají hlavně na krátkodobém vyrovnávání elektrické sítě, železo-vzduchové systémy mají řešit úplně jiný problém – několikadenní nedostatek výroby z obnovitelných zdrojů.

Jejich nevýhodou je nižší účinnost, přibližně 40 až 50 procent, zato nabízejí velmi nízké náklady na dlouhodobé skladování energie. Podle Hirtha však jejich masové rozšíření přijde pravděpodobně až ve 30. letech tohoto století, kdy bude podíl obnovitelných zdrojů ještě vyšší.

Spor s německou vládou

Vývojáři nové technologie zároveň kritizují připravovaný německý zákon o zajištění bezpečnosti dodávek elektřiny.

Návrh ministerstva hospodářství totiž počítá s podporou pouze pro baterie s účinností alespoň 92 procent. Tento požadavek podle výrobců prakticky zvýhodňuje pouze lithium-iontové akumulátory a dlouhodobé železo-vzduchové baterie z podpory vylučuje.

Mateo Jaramillo proto vyzývá německou vládu, aby podmínky změnila. Pokud chce stát skutečně řešit problém několika denních výpadků výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů, měl by podle něj umožnit podporu i technologiím, které jsou určeny právě pro tento účel.