V Drážďanech se testuje obrovské setrvačníkové úložiště pro větrné elektrárny

• 04. 04. 2022
• Redakce

Vylepšená technologie

Jak informuje web en:former.com, výzkumníci z TUD budou v současnosti ověřovat, jak by mechanické ukládání energie mohlo decentrálním způsobem kompenzovat nestálý výkon větrných elektráren

„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 z TUD.

Setrvačníková akumulační zařízení (SAZ) představují technologie, jenž je založena na ověřeném principu, kdy elektromotory při nabíjení otáčejí setrvačníky. Naopak, při vybíjení fungují motory jako generátory pro výrobu elektřiny. Využívají uloženou rotační energii a tím opět brzdí setrvačníky.

Výhodou SAZ je jeho dlouhá životnost a vysoká účinnost, která dosahuje až 95 procent. Ke ztrátám dochází především třením. Aby se minimalizoval mechanický odpor, jsou SAZ běžně ve vakuu, přesto se nevyužitá energie vybíjí poměrně rychle.

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

Velmi rychlá reakční doba

Vysoké kolísání frekvence je zcela normální. Vyskytují se kromě průmyslových podniků také ve větrných elektrárnách nebo solárních parcích, když se vítr zvedne nebo utiší nebo se slunce zakryje mraky.

Právě SAZ 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.

Vědecký tým TUD však začíná testovat využití SAZ v kombinaci s větrnými turbínami. Jakmile připojený systém vyrábí elektřinu, setrvačníky se zrychlují.

„Po dosažení jmenovité rychlosti je zásobník plný,“ vysvětluje Thomas Breitenbach, vedoucí výzkumného týmu v TUD. Podle prvních výpočtů by se SAZ 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, aktivuje se akumulační systém v SAZ, který pak nahromaděnou energii vypustí do sítě jako elektřinu, aby byla dodávka co nejkonstantnější. Pokud se vítr znovu zvedne a zrychlí rotory větrné turbíny, SAZ by se měly znovu uvést na jmenovité otáčky.

Sázka na recyklaci

Nové SAZ, které vědci z TUD vyvinuli, je pětkrát větší než dříve používaný rotačně kinetický rotační systém. Jednou z výzev byla konstrukce samotných setrvačníků. Protože s jejich velikostí rostou i odstředivé síly vznikající rotací.

Každý ze dvou SAZ v demonstrační instalaci v Drážďanech váží 20 tun. Mnoho tradičních SAZ na bázi, zejména malých rotačně kinetických systémů, 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 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.“

Testování v ostrém provozu

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

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