Neděle 26. ledna 2020, svátek má Zora
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Neděle 26. ledna 2020 Zora

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: 31.20 | přečteno: 3697x

Další články blogera

Petr Nejedlý

Německá energetická transformace – aktualizace 2017 (díl 3)

Závěrečný díl miniseriálu o energetické transformaci z pohledu plnění cílů v oblasti ochrany životního prostředí a klimatu, spolehlivosti dodávek energie a hospodárnosti.

21.5.2017 v 10:45 | Karma článku: 23.15 | Přečteno: 1307 | Diskuse

Petr Nejedlý

Německá energetická transformace – aktualizace 2017 (díl 2)

Pokračování miniseriálu o energetické transformaci z pohledu plnění cílů v oblasti ochrany životního prostředí a klimatu, spolehlivosti dodávek energie a hospodárnosti.

14.5.2017 v 10:59 | Karma článku: 17.46 | Přečteno: 748 | Diskuse

Petr Nejedlý

Německá energetická transformace – aktualizace 2017 (díl 1)

Poradenská společnost McKinsey od září 2012 pravidelně zveřejňuje analýzu, která na základě hodnocení patnácti parametrů názorně dokladuje postup energetické transformace.

9.5.2017 v 14:56 | Karma článku: 22.66 | Přečteno: 1223 | Diskuse

Další články z rubriky Věda

Jan Fikáček

Jsou humanitní obory k ničemu? Nebo je třeba filosofie "sopka", která zcela mění náš svět?

Nejednou je možné v Česku zaznamenat pohrdlivé poznámky na adresu humanitních oborů. Názory, že jsou tyto k ničemu a že je to zbytečné vyhazování peněz, jsou celkem časté. K čemu je dobrá třeba taková filosofie? Úplně k ničemu.

26.1.2020 v 19:11 | Karma článku: 5.31 | Přečteno: 90 | Diskuse

Dana Tenzler

Co se děje s hvězdou Betelgeuze?

Dožijeme se v blízké době výbuchu supernovy? Změny, pozorované poslední dobou u hvězdy Betelgeuze. (délka blogu 3 min.)

23.1.2020 v 8:00 | Karma článku: 29.86 | Přečteno: 769 | Diskuse

Karel Tejkal

Turínské plátno a dědičnost krevních skupin

Jednou za uherský rok navštívím kontrarevoluční magazín Petra Hájka. To je ten pán, co nepochází z opice. Zaujal mne zde článek "historika a publicisty" Radomíra Malého dokazující údajnou pravost Turínského plátna.

21.1.2020 v 19:13 | Karma článku: 17.53 | Přečteno: 805 | Diskuse

Jan Fikáček

Nevědecké pohádky vědy IV - negativní energie

Geniální fyzik na vozíčku, Stephen Hawking uvažoval o tom, že náš vesmír vznikl z ničeho, a to tak, že se nic polarizovalo na stejná množství negativní a kladné energie. Opravdu je taková představa smysluplná?

21.1.2020 v 9:17 | Karma článku: 36.80 | Přečteno: 1548 | Diskuse

Ondřej Klofáč

Další prvenství českých vědců

Po úspěchu českých hlaviček, které za víkend naprogramují e-shop na dálniční známky za 401 milionů Kč hlásí další vítězství české ručičky.

20.1.2020 v 14:37 | Karma článku: 17.85 | Přečteno: 985 | Diskuse
Počet článků 157 Celková karma 0.00 Průměrná čtenost 2999

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).

Najdete na iDNES.cz