Gravitační baterie se snaží překonat své chemické souputníky pomocí navijáků, závaží a důlních šachet

Datum 29.08.2021

foto: Peter Dibdin, Gravitricity

Na první pohled to vypadá jako holá čtyřpatrová výtahová šachta – až na to, že místo výtahu je tu zelené, padesátitunové železné závaží zavěšené na ocelových lanech. Elektrické motory postupně zvedají závaží do poloviny šachty; nyní je to obří baterie poháněná gravitací, která uchovává potenciální energii, kterou lze v případě potřeby uvolnit. A ta chvíle nastala právě teď: S kovovým skřípáním se závaží vrací zpět do šachty. Motory změní směr a stanou se elektrickými generátory, které posílají do sítě až 250 kilowattů energie. Při špičkovém výkonu může závaží sestoupit za 11 sekund, ale pro účely testování se pohybuje jen několik metrů “plíživou rychlostí”, říká Douglas Hitchcock, projektový inženýr skotského startupu Gravitricity.

Společnost tento týden oznámila, že její malý demonstrátor je nyní v provozu a je schopen během několika sekund přepínat mezi čerpáním energie ze sítě a jejím odesíláním zpět. Tato konstrukce nabízí alternativu k chemickým bateriím, které dominují světovému trhu se skladováním energie – trhu, který roste ruku v ruce s obnovitelnými zdroji energie, které potřebují ukládat energii, když svítí slunce nebo fouká vítr, a uvolňovat ji, když síť čelí vysoké poptávce.

Gravitricity je jednou z několika společností, které se snaží vylepšit starou myšlenku skladování energie pomocí gravitace: přečerpávací vodní elektrárny. Inženýři v takovém případě přehradí nádrž na kopci, čerpají do ní vodu v době nízké poptávky (obvykle v noci) a vypouštějí ji pak v případě potřeby k výrobě elektřiny. Tyto systémy však vyžadují specifický terén, nákladnou infrastrukturu a stavební povolení, které je stále obtížnější získat. V dnešní době se energie z obnovitelných zdrojů obvykle získává napojením na obří baterie.

Podle Olivera Schmidta, konzultanta v oblasti čisté energie a výzkumného pracovníka na Imperial College v Londýně, má však gravitační skladování některé výrazné výhody. Lithium-iontové baterie, které se pro skladování energie ve veřejném měřítku používají, se mohou nabíjet a vybíjet jen tolikrát, než ztratí svou kapacitu – obvykle během několika let. Součásti gravitačních úložišť – lana, ocelová lana a těžká závaží – však mohou vydržet i desítky let.

“Je to strojírenská záležitost,” říká Schmidt. “Je to relativně levné.” A zatímco těžba nerostů pro lithium-iontové baterie přináší problémy s životním prostředím a lidskými právy a recyklace baterií je stále obtížná, železo určené na stavbu jeřábů má mnohem menší environmentální stopu, říká Miles Franklin, vedoucí inženýr společnosti Gravitricity.

Na základě vlastních odhadů nákladů a výkonnosti společnosti Gravitricity vypracoval Schmidt pro společnost zprávu za rok 2019, která ukazuje, že gravitační úložiště může být levnější než lithium-iontové baterie, a to včetně nákladů na výstavbu, provoz a údržbu. Pro projekt v délce 25 let odhaduje, že by jedna megawatthodina stála společnost Gravitricity 171 dolarů. Jessika Trancik, výzkumná pracovnice v oblasti skladování energie na Massachusettském technologickém institutu říká, že toto číslo je ambiciózní a musí být ještě podloženo údaji z terénu. Schmidtova kalkulace nákladů na megawatthodinu po dobu životnosti lithium-iontových baterií, 367 dolarů, je však více než dvakrát vyšší. Průtokové baterie, slibná síťová technologie, která uchovává náboj ve velkých nádržích s tekutým elektrolytem, stojí 274 dolarů za megawatthodinu.

Další společnosti, které se zabývají gravitačním skladováním, mají vlastní varianty této technologie. Myšlenka kalifornské společnosti Gravity Power je jen malý krůček od přečerpávací vodní elektrárny: Využívá obnovitelnou energii k čerpání vody pod těžkým pístem a jejímu zvedání. Když je potřeba energie, závaží pístu se uvolní a voda je hnána přes vodní generátor. Podobnou konstrukci používá německá společnost New Energy Let’s Go. Švýcarská společnost Energy Vault chce pomocí víceramenného jeřábu s motory-generátory skládat a rozkládat 120 metrů vysokou věž ze stovek 35tunových cihel, jako Babylonskou věž, která se zvedá a klesá podle rozmarů poptávky po energii. Gravitricity se svými shluky výtahových šachet je jednoduchá. Společnost plánuje zvýšit váhu až na 500 tun, což by vyžadovalo mamutí základy pro věž, takže nejlepší místo pro umístění systému v plném rozsahu je pod zemí, říká manažerka pro rozvoj Ruth Appsová. Společnost si pro své první komerční projekty vyhlédla nepoužívané doly v České republice, Polsku a Jižní Africe.

Schmidt upozorňuje, že tato technologie je stále “neuvěřitelně nezralá”, a přestože ceny baterií stále klesají, společnosti zabývající se gravitací dosáhly jen malého pokroku. Společnost Energy Vault, která je pravděpodobně lídrem v této skupině, v roce 2019 oznámila, že získala investice ve výši 110 milionů dolarů, a letos plánuje zahájit komerční vývoj. Stejně jako všechny technologie skladování však i gravitační skladování bude skomírat, pokud klimatické předpisy nevytvoří pobídky pro bezuhlíkovou energii, říká Rebecca Willisová, výzkumnice v oblasti politiky životního prostředí na Lancasterské univerzitě. Na většině míst podle ní zůstávají nejlevnějším způsobem, jak se vyrovnat s výkyvy poptávky, malé elektrárny na zemní plyn, které lze snadno zapínat a vypínat.

S malým počtem 14 zaměstnanců a investicemi ve výši pouhých 3 milionů liber si společnost Gravitricity nedělá iluze o obtížích, které ji čekají. Při zkouškách demonstrátoru se již objevily nečekané potíže – například točivý moment ocelových lan, která se jako každé lano chtějí při zvedání závaží rozpojit. Po vyřešení těchto počátečních problémů plánuje společnost do roku 2023 postavit zařízení v plném měřítku – s těžšími závažími a šachtou hlubokou téměř 1 km, která by mohla produkovat až 4 megawatty výkonu ve špičce.

Radim Ptáček