Současné možnosti akumulace elektrické energie Ing. Lukáš Radil Ústav elektroenergetiky Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
Obsah 1. Úvod 2. Momentální stav 3. Současné možnosti 4. Přehled metod 5. Budoucí vývoj 6. Závěr
1. Úvod Mají enviromentalisté pravdu s podporou OZE? Ano, v dlouhodobém měřítku je mix zdrojů nevyhnutelný Ne, stavět pouze na OZE Co přinese rozvoj OZE v ČR? Vyšší požadavky na zálohování zdrojů Vyšší pravděpodobnost penalizace za nedodávku elektřiny Jak můžeme ovlivnit průběh dodávky z OZE? Akumulací, predikcí počasí, zálohováním Co je akumulace? Uchovávání energie ve vhodné formě pro budoucí použití Má akumulace vliv nejen na ekologii? Ano, v budoucnu začlenění do Smart Grids
2. Momentální stav Akumulace elektrické energie v domovním prostředí prakticky neexistuje Nasazování hybridních systémů FVE Akumulace tepelné energie převážně v zásobnících tepla, taktéž ve stěnách budov Případná rekuperace tepla
3. Současné možnosti akumulace Rozdělení akumulačních systémů: a) na okamžitý vysoký výkon baterie.
3. Současné možnosti akumulace Rozdělení akumulačních systémů: b) na velkou měrnou elektrickou kapacitu přečerpávací vodní elektrárny, systém stlačeného vzduchu (CAES),
Rozdělení akum. systémů Z pohledu periody cyklu Nepravidelný Denní Týdenní Sezónní Z pohledu kapacity Malá a střední (omezení technologicko-ekonomické) Velká kapacita
Formy ukládání Mechanické Kinetická setrvačníky (E = ½ mv 2 = ½ mr 2 w 2 ) Potenciální PVE Tlaková tlakový vzduch Elektrická Kondenzátory malá kapacita Super kondenzátory slušná kapacita, technologie Supravodivé technologie SMES (Superconducting magnetic energy storage) E = ½ LI 2
Formy ukládání Elektrochemická Klasické akumulátory s elektrolyty Elektrochemické palivové články REDOX systém. Palivové články Chemické Vodík, biopaliva, syntézní plyny, syntetický metanol Tepelné Přírodní materiály Moderní roztavené soli, kryogenika, eutektické materiály
Technologie akumulace elektrické energie Mechanická Elektrochemická Tepelná Elektromagnetická Baterie Regenerativní Vodík Přečerpávací vodní el. Pevná tepelná akumulace (beton,..) SMES CAES Olověné kyselinové Vanadium Redox Palivové články Superkondenzátory AA-CAES Lithium - polymer Zinc Bromine Tekutá tepelná akumulace (horké soli ) Setrvačníky Sodium Sulphur Zinc cerium Hybrid Cells Sodium polysulfide Bromine Nickel Cadmium Zdroj: GATZEN, CH. The Economics of Power Storage. Oldenbourg Industrieverlag, München. (2008), 254 pages. ISBN 978-3-8356-3138-0
4. Přehled metod Aktuální možnosti skladování energie: Metoda Ruths a Marguerre Metody založené na uskladnění energie ve formě tepla do tepelné kapacity látek Metody CAES a AA-CAES Metody založené na uskladnění do plynného média (591$/kW) Přečerpávací vodní elektrárny Využívá potenciální tlakové energie Palivový článek založený na vodíko-kyslíkové konverzi Metoda založená na vodíkovém hospodářství Superkapacitory Uskladnění energie prostřednictvím elektrostatického pole (hustota energie až 10 Wh/kg) Setrvačníky (Flywheel) Metoda založená na energii setrvačných hmot Redox baterie Metoda založená na redukčně-oxidační vlastnosti prvků Baterie Sodium Sulfur (NaS) Baterie založená na reaktivitě sodíku Lithiové baterie Baterie založená na reaktivitě Lithia Superconducting magnetic energy storage (SMES) Energie uchovaná ve formě magnetického pole
4. Přehled metod Tepelné soustavy Turbo Renewable sources Storage tank Boiler GS GS Exchanger Pump Pump
4. Přehled metod
4. Přehled metod Solární komín vhodný pro klimatizaci, případně pro hybridní klimatizaci
Srovnání nejpoužívanějších typů průmyslových baterií: Typ Článku Ni-Cd Ni-MH Li-ion Olověný AGM DC Hustota energie (Wh/kg) 45-80 60-120 90-120 30-50 Počet cyklů (při 80% hloubce vybití) 1500 300-500 >1500 400-500 Projektovaná životnost 5 let + 3-4 roky 10 let+ 10 let+ Doba nabíjení 1-2h 2-4h ½-4h 8-16h Samovybíjení/měsíc (při cca 20 C) 20% 30% 5-10% 5% Nominální napětí článku 1.2V 1.2V 3.3V 2V Provozní teploty (pro vybíjení) -40~60 C -20 ~ 60 C -20 ~60 C - 20 ~60 C Požadavky na servis 30-60 dnů 60-90 dnů 6 měsíců6 měsíců Přibližné náklady (EUR/Wh) 0.33 0.65 0.33 0.11
4. Přehled metod Ultrakapacitory jsou vyráběny několika společnostmi. Jejich širšímu uplatnění stále překáží relativně vysoká cena Kapacita dosahuje až 300 F
4. Přehled metod
4. Přehled metod Zdroj: http://proatom.luksoft.cz/grafika/caes.jpg
4. Přehled metod Chemické metody:
4. Přehled metod
4. Přehled metod Setrvačníky Většinou ložiska jsou tvořena permanentními magnety B ~ 1.7 T Texturované bloky YBa 2 Cu 3 O y - B ~ 17 T!!! Při 27K
4. Přehled metod
4. Přehled metod NAS Baterie zatím vhodné převážně do DS, později i domovních aplikací
Vybíjecí čas [h] Hodnocení akumulačních systémů z hlediska rychlosti vybíjení Jmenovitý výkon [MW]
5. Partikulární řešení Zdroj: ESA (2009), dostupné z URL: <http://www.electricitystorage.org/esa/technologies/>, datum citace: 18.3.2010, datum aktualizace 4/2009
5. Partikulární řešení Zdroj: GATZEN, CH. The Economics of Power Storage. Oldenbourg Industrieverlag, München. (2008), 254 pages. ISBN 978-3-8356-3138-0
Energetická hustota [Wh/l] Porovnání některých baterií Specifická energie [Wh/kg]
5. Partikulární řešení Zdroj: ESA (2009), dostupné z URL: <http://www.electricitystorage.org/esa/technologies/>, datum citace: 18.3.2010, datum aktualizace 4/2009
Použití pro domácnosti, stavby Především slouží k zálohování hybridních systému založených na FVE Baterie především gelové a trakční založené na Pb doposud výborný poměr cena x výkon Baterie založené na Li zde jde především o poměr hmotnost x výkon (kapacita), problémy s nabíjením a vybíjením, velká citlivost na změny napětí Mikro setrvačníky nepoužitelné (komerční výkony od 100 kva) Zálohování kogeneračními jednotkami velice vhodné, mikro zdroje od cca 10 kw E není akumulace Pouze tepelná akumulace prostřednictvím zásobníků na teplou vodu - nejefektivnější způsob
Použití pro domácnosti, stavby VRB baterie, příliš drahé (Pinst = 2 kw, E = 8 kwh, cena ~ 800.000 Kč)
Děkuji za pozornost. Zdroj: http://www.euroenergy.cz/prednasky07_cz/firt.ppt