TU Drážďany staví obrovské setrvačníkové úložiště pro větrné elektrárny

31. 1. 2022

čas čtení 5 minut
 

Zabezpečení dodávek, skladování energie, výzkum a vývoj

Výzkumníci budou ověřovat, jak by mechanické ukládání energie mohlo decentrálním způsobem kompenzovat nestálý výkon větrných elektráren

Výzkumný tým z Technické univerzity (TU) Drážďany vybudoval setrvačníkový akumulační systém s kapacitou 500 kilowatthodin (kWh) a výkonem 500 kilowattů (kW). Podle jeho budovatelů je pětkrát větší než dříve používaný rotačně kinetický úložný systém (RKS). „Cílem bylo vyvinout zařízení pro skladování energie, které by bylo možné postavit přímo vedle větrné elektrárny. K tomu bylo nutné definovat zcela nové požadavky na skladovací systém a rozšířit limity technologie,“ vysvětluje projektový manažer Thomas Breitenbach.

 

Známá technologie v nové dimenzi

Technologie je založena na osvědčeném principu: elektromotory při nabíjení otáčejí setrvačníky, při vybíjení fungují motory jako generátory pro výrobu elektřiny. Využívají uloženou rotační energii a tím opět brzdí setrvačníky.

Řidiči elektromobilů s rekuperačním brzděním znají princip – nebo alespoň jeho praktický efekt: I zde se elektromotor při brzdění přeměňuje na generátor, aby vyráběl elektřinu a částečně dobíjel baterii. Energie potřebná k tomu pochází z momentu hybnosti jedoucího auta.

Technologie se osvědčila jako momentální rezerva

Výhodou stacionárního akumulačního systému setrvačníku je jeho dlouhá životnost a vysoká účinnost: přibližně 95 procent akumulované energie lze krátkodobě získat zpět. Ke ztrátám dochází především třením. Aby se minimalizoval mechanický odpor, jsou setrvačníky běžně ve vakuu, přesto se nevyužitá energie vybíjí poměrně rychle.

Z tohoto důvodu nelze RKS používat jako dlouhodobé úložiště. O to více se hodí pro tzv. okamžitou rezervu, tedy pro bleskovou kompenzaci kolísání síťové frekvence.

Žádná náhrada za velké turbíny

Takové kolísání frekvence je zcela normální. Vyplývají například z činnosti velkoodběratelů – například když průmyslový podnik spouští nebo vypíná výrobní linku nebo obsluha stadionu zapíná či vypíná světlomety. Vyskytují se však také ve větrných elektrárnách nebo solárních parcích, když se vítr zvedne nebo utiší nebo se slunce zakryje mraky.

RKS jsou předurčeny k tomu, aby krátkodobě kompenzovaly takové výkyvy, poskytly většímu a pomalejšímu uložení potřebnou reakční dobu, protože energii lze absorbovat a znovu uvolnit ve zlomcích sekundy. Rotační hmota, která je nezbytná pro udržení stability energetické sítě, dosud převážně pocházela z rotujících částí turbínových soukolí v konvenčních elektrárnách.

Plynulé napájení větrnou energií

Breitenbachův tým však začíná v jiném místě: RKS z TU Dresden se mají používat v kombinaci s větrnými turbínami. Jakmile připojený systém vyrábí elektřinu, setrvačníky se zrychlují. „Po dosažení jmenovité rychlosti je zásobník plný,“ vysvětluje Breitenbach. Podle prvních výpočtů by se setrvačníky zastavily téměř po dni bez dalšího přísunu energie: „Nicméně jmenovité otáčky lze udržet s minimálním příkonem energie.“

Jakmile se dodávka z větrné turbíny sníží, protože vítr utichne, zasáhne RKS a nahromaděnou energii vypustí do sítě jako elektřinu, aby byla dodávka co nejkonstantnější. Pokud se vítr znovu zvedne a zrychlí rotory větrné turbíny, setrvačníky by se měly znovu uvést na jmenovité otáčky.

Technicky je již možné se stávajícími RKS tlumit takové výkyvy na straně výroby z větrných turbín. Doposud to však pro provozovatele nebylo ekonomické, protože se musí instalovat mnoho malých jednotek, říká Breitenbach. Právě to chce jeho tým s gigantem RKS změnit.

Nové zařízení RKS na TU Dresden je pětkrát větší než dříve používaný rotačně kinetický ukladovací systém (RKS).

Rotační úložiště jako součást cirkulární ekonomiky

Jednou z výzev, vysvětluje Breitenbach na blogu en:former, byla konstrukce samotných setrvačníků. Protože s jejich velikostí rostou i odstředivé síly vznikající rotací. Každý ze dvou setrvačníků v demonstrační instalaci závodu v Drážďanech váží 20 tun. Mnoho RKS, zejména malých, se používá s rotory vyrobenými z relativně lehkých kompozitních materiálů z vláken. Aby dosáhly požadované skladovací kapacity, musí se otáčet o to rychleji.

Podle Breitenbacha se jeho tým vědomě rozhodl nerecyklovat, protože kompozitní materiály jsou poměrně obtížně recyklovatelné: „Z hlediska cirkulární ekonomiky jsme zvolili materiál, který je jednoduchý a zcela recyklovatelný: speciální ocelovou slitinu, která odolá odstředivým silám."

Kontrola ziskovosti systému v parku větrných elektráren

Plánování a výstavba setrvačníkového akumulačního systému o výkonu 500 kW trvala čtyři a půl roku. „Současná fáze je o prověření optimálního řízení provozu včetně funkčnosti v elektrické síti,“ uvádí Breitenbach.

Zatím však nelze předvídat, zda se výrobcům elektřiny skutečně vyplatí vybavit své větrné turbíny takovým RKS, říká Breitenbach: „Budeme to zkoumat v průběhu příštích tří let v navazujícím projektu zahájeném v říjnu 2021.“

Zdroj:

https://www.en-former.com/tu-dresden-baut-riesigen-schwungradspeicher-fuer-windkraftanlagen/

Text připravil Milan Lelek

1
Vytisknout
5692

Diskuse

Obsah vydání | 3. 2. 2022