Kvantový skok – ale kam?

30. 10. 2011 12:07:25
Tiskem proběhla zpráva, že v Německu (Prenzlau) byla zprovozněna „údajně první hybridní elektrárna na světě kombinující výrobu elektřiny a tepla z obnovitelných zdrojů a vodíku“.

Na začátek je vhodné vysvětlit opatrnou formulaci zprávy o údajném prvenství. Již v roce 1891 dánský profesor fyziky Poul la Cour vyráběl vodík z elektřiny z větrných elektráren elektrolýzou vody, vyrobený vodík skladoval v plynojemu a následně využíval v plynových lampách k osvětlování objektů. Z následujícího popisu hybridní elektrárny poblíž Prenzlau je zřejmé, že v zásadě odpovídá historické koncepci Poula la Coura, ovšem realizované v současných technologických podmínkách.

Popis hybridní elektrárny Prenzlau
Pro potřeby blogu si vystačíme se zcela elementárním výkladem principu funkce elektrárny:

Prenzlau_640.jpg

Technologické systémy elektrárny Prenzlau
Zdroj: ENERTRAG (NSR)

Základem pilotního projektu elektrárny jsou tři větrné turbíny s nominálním výkonem 2 MWe. Ve standardním provozu dodávají elektřinu do elektrické sítě. V případě „nadvýroby“ elektřiny z větru, kdy provozovatel elektrické sítě aktuálně vyráběnou elektřinu nepotřebuje, je elektrický výstup z větrných turbín automaticky připojen na přívod elektrolyzéru, který rozkladem vody vyrábí vodík (120 Nm3/hod.) a kyslík (60 Nm3/hod.). Vodík je skladován v pěti nádržích (31 bar, celkem 1 350 kg) a může být následně dodáván např. do speciálních plníren pro „tankování“ do automobilů.

Vodíkové hospodářství bylo integrováno do větrné elektrárny především proto, aby bylo možné využít vodíku jako akumulačního média a zajistit tak výrobu elektřiny i v klimaticky nepříznivých podmínkách a takto vyrovnávat kolísavou výrobu elektřiny. Takže v případě potřeby je nashromážděný vodík přiváděn z nádrží, směšován s bioplynem (max. 70% vodíku) a výsledná směs je využívána jako palivo pro dvě CHP jednotky pro kombinovanou výrobu elektřiny a tepla.

Dostupné informační zdroje udávají příkon elektrolyzéru 0,5 MW, výkon CHP jednotek 2x0,35 MWe (roční výroba 2 776 MWh) a 2x0,34 MWt (roční výroba 2 250 MWh). Vodíkové hospodářství a CHP jednotky tedy zajišťují „vodíkem zálohovanou“ výrobu elektřiny v pásmu 0,7 MWe, tj. pouze malou část celkového instalovaného výkonu 6 MWe. Jedná se však o pilotní projekt, jehož cílem je prezentovat relevantní provozní výsledky, k čemuž postačuje i stávající skromná dimenze jednotlivých systémů. Jenom pro srovnání měřítek: stávající výkon větrných elektráren v Německu činí cca 27 000 MWe, přičemž ve „zvláště vydařených dnech“ kolísá jejich výkon v rozmezí 20 000 MWe za 24 hodin.

Takže nyní trochu realismu
Hybridní elektrárna je bezesporu velmi zajímavé technické dílo. Ovšem, jak je v poslední době zvykem, tak se na tyto výzkumné technické projekty nabaluje velké množství environmentalisticko-politického mediálního balastu. Většinou ve formě výkřiků o tom, že klasická energetika je tímto excelentním technickým řešením definitivně vyřízena a nacházíme se na prahu technologické revoluce směle směřující k energetickému komunismu s výrobou dostatku energie z obnovitelných zdrojů a vodíku. Pro některé profesionální zelené literáty z oblasti energetiky je to sice házení hrachu na zeď, nicméně dovolím si připomenout některé skutečnosti.

O vodíku
Nemá cenu nosit dříví do pěstěného lesa, proto technicky orientovaným čtenářům mohu doporučit stránky České vodíkové technologické platformy, kde naleznou velmi dobře zpracované informace o rozmanitých technologiích výroby vodíku, palivových článcích, vodíkových spalovacích motorech, účinnosti technologií, systémech skladování vodíku a bezpečnosti. Již po zběžném pročtení i nezasvěcený čtenář rychle zjistí, že pro techniky vodík rozhodně není a ani v budoucnu nebude jednoduché médium.

Vybudování vodíkové infrastruktury
Je zřejmé, že podmínkou smysluplnosti kombinace masivního využití OZE a velkovýroby vodíku z „přebytečné elektřiny“, řekněme v rámci technické koncepce elektrárny v Prenzlau, je existence rozvětvené a propracované vodíkové infrastruktury. Jedná se např. o využívání vodíku pro pohon statisíců až jednotek milionů vozidel a odpovídající infrastrukturu „čerpacích stanic“. Odhlédneme–li od řady technických problémů, zmíněných v odkazovaných textech technologické platformy, hovoříme minimálně o desítkách let intenzivního budování a bilionech eur nákladů. Již z tohoto hlediska může zůstat klasická energetika naprosto v klidu. Rovněž připomínám, že německá vláda vyhlásila v srpnu r. 2009 velmi ambiciózní plán zavádění elektromobilů (předpoklad 1 milion vozů do roku 2020), takže vozy na vodíkový pohon představují z tohoto pohledu konkurenční koncepci, zcela nepochybně z pohledu dalšího „odsávače“ státních dotací na výzkum technologií.

Cyklus „elektřina – vodík – elektřina“ aneb jak nám předci dávají na frak
Další potenciální možností je využití vodíku jako média pro akumulaci energie, což umožní regulaci výroby elektřiny z větrných a fotovoltaických elektráren dle potřeb síťových operátorů. Ovšem nic není zadarmo, až už hovoříme o energii nebo o penězích.

Technologická platforma udává účinnost výroby vodíku elektrolýzou vody ve výši cca 85% a ztráty energie pro vysokotlaké skladování v plynné fázi cca 30%, v kapalné fázi cca 40%. Za těchto podmínek jsme schopni vodík vyrábět a relativně krátkodobě přechovávat. Pro následnou velkovýrobu elektřiny ve spalovacích turbínách v paroplynovém cyklu lze předpokládat obdobné hodnoty jako pro nejmodernější turbíny na zemní plyn, tj. účinnost 60%. Dovolím si tvrdit, že nasazení vodíkových palivových článků ve výkonových rozmezích „velké energetiky“, řekněme v řádu alespoň stovek MW, je prozatím hudbou budoucnosti. Nicméně ani palivové články zřejmě nepřekročí účinnost 60%. Takže na konci tohoto technologického řetězce docházíme k výsledné hodnotě účinnosti akumulace elektřiny „přes vodík“ cca 30-35%. Nejenom z tohoto ale ještě z mnoha dalších technologických důvodů se předchozí generace techniků rozhodly elektřinu akumulovat jednodušeji, efektivněji a v podstatně větším množství, prostřednictvím potenciální energie vody v přečerpávacích vodních elektrárnách, a to s výslednou účinností akumulace energie cca 75%.

Braniborský premiér Matthias Platzeck označil elektrárnu Prenzlau za "kvantový skok kupředu" v oblasti zelené energetiky. Ovšem z hlediska účinnosti akumulace elektřiny začíná vodíková technologie skákat s výrazným handicapem oproti technologiím, které již desítky let používáme. Na druhou stranu je skutečně schopna splnit požadované technické zadání, tj. zajistit akumulaci energie. Zvláště v podmínkách, kdy pro uživatele a provozovatele není prioritní ekonomika projektů.

Potřeba přizpůsobení sítí masivnímu rozvoji obnovitelných zdrojů
Technická řešení typu hybridní elektrárny Prenzlau jsou logickým důsledkem prudce se zvyšujícího podílu větrných a fotovoltaických elektráren v elektrizační soustavě, které akcelerují potřebu výzkumu nejrůznějších forem akumulace velkého množství energie, protože výstavba přečerpávacích vodních elektráren stagnuje.

Vodíkové technologie jsou v energetice studovány více než sto dvacet let a již několikrát se v minulosti hovořilo o jejich brzkém přechodu do všední technické praxe. Ovšem stejně jako jiné technologie se musí vyrovnat s fyzikálními, technologickými, materiálovými a ekonomickými limity a matematicky řešeno se „systémovými okrajovými podmínkami“. A teprve budoucnost ukáže, zda budou všechny tyto limity a podmínky skutečně nastaveny tak, aby vodíková energetika opravdu překročila rámec výzkumných a demonstračních projektů typu elektrárny v Prenzlau a stala se nepřehlédnutelnou součástí energetického mixu.

(Psáno pro blog.iDNES)

Petr Nejedlý

Autor: Petr Nejedlý | neděle 30.10.2011 12:07 | karma článku: 31.27 | přečteno: 3754x

Další články blogera

Tato rubrika neobsahuje žádné články...

Další články z rubriky Věda

Dana Tenzler

Barvy v kuchyni (3) - přírodní červená

Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví velikonoční vajíčka? Jakými přírodními nebo umělými barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? (délka blogu 3 min.)

28.3.2024 v 8:00 | Karma článku: 13.12 | Přečteno: 121 | Diskuse

Zdenek Slanina

Problém co začal už Arrhenius: Kysličník uhličitý a doba ledová - a teď i sopečné aktivity

Už S. Arrhenius řešil vztah obsahu CO2 v atmosféře i k době ledové. Tehdy hlavně ukázal, že jeho navyšování v atmosféře povede k nárůstu její teploty. Nyní výzkumy z univerzity v Sydney ukazují na roli sopek v nástupu ochlazování.

26.3.2024 v 5:22 | Karma článku: 24.05 | Přečteno: 513 |

Martin Tuma

Berte Viagru, dokud si na to vzpomenete

Rozsáhlá studie odhalila významné snížení výskytu Alzheimerovi nemoci u pravidelkných uživatelů Viagry

25.3.2024 v 14:17 | Karma článku: 13.60 | Přečteno: 303 | Diskuse

Dana Tenzler

Barvy v kuchyni (2) - průmyslová žlutá

Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví velikonoční vajíčka? Jakými přírodními nebo umělými barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? (délka blogu 3 min.)

25.3.2024 v 8:00 | Karma článku: 14.44 | Přečteno: 189 | Diskuse

Dana Tenzler

Barvy v kuchyni (1) - přírodní žlutá

Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví velikonoční vajíčka? Jakými přírodními barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? První díl seriálu o barvách.

21.3.2024 v 8:00 | Karma článku: 18.10 | Přečteno: 291 | Diskuse
Počet článků 157 Celková karma 0.00 Průměrná čtenost 3028

Autor je absolvent ČVUT, fakulty elektrotechnické, specializace jaderné elektrárny. Od ukončení studií v r. 1988 pracuje ve společnosti ČEZ a.s., jaderná elektrárna Temelín - v současné době jako manažer útvaru technika, Výstavba jaderných elektráren. Profesně se zabývá elektroenergetikou, zvláště jadernou energetikou. Ačkoliv je technicky vzdělán, zajímá se rovněž o historickou religionistiku (z pohledu ateisty) a cizí jazyky (angličtina, němčina, ruština, francouzština).

Smoljak nechtěl Sobotu v Jáchymovi. Zničil jsi nám film, řekl mu

Příběh naivního vesnického mladíka Františka, který získá v Praze díky kondiciogramu nejen pracovní místo, ale i...

Rejžo, jdu do naha! Balzerová vzpomínala na nahou scénu v Zlatých úhořích

Eliška Balzerová (74) v 7 pádech Honzy Dědka přiznala, že dodnes neví, ve který den se narodila. Kromě toho, že...

Pliveme vám do piva. Centrum Málagy zaplavily nenávistné vzkazy turistům

Mezi turisticky oblíbené destinace se dlouhá léta řadí i španělská Málaga. Přístavní město na jihu země láká na...

Kam pro filmy bez Ulož.to? Přinášíme další várku streamovacích služeb do TV

S vhodnou aplikací na vás mohou v televizoru na stisk tlačítka čekat tisíce filmů, seriálů nebo divadelních...

Stále víc hráčů dobrovolně opouští Survivor. Je znamením doby zhýčkanost?

Letošní ročník reality show Survivor je zatím nejkritizovanějším v celé historii soutěže. Může za to fakt, že už...