#Carnotova baterie

[pepikhipik]

ČVUT vyrobilo experimentální Carnotovu baterii. Namísto lithia používá žulový prach a má kapacitu 12 kWh

Obnovitelné zdroje energie jsou nepravidelné

Občas tedy vyrábějí elektřinu, i když to zrovna až tak nepotřebujeme

Exotické Carnotovy baterie jsou další způsob, jak ji ukládat

S nástupem nových a méně předvídatelných zdrojů elektrické energie se samozřejmě všichni ohlížejí po co nejefektivnějším způsobu, jak ji uložit na dobu, kdy bude opravdu potřeba.

Cest je celá řada, vzhledem ke stavu technologie a její komercializace ale nakonec v drtivé většině případů vítězí zdaleka nejdostupnější elektrochemické úložiště třeba v podobě lithiových akumulátorů.

Ne každý má na zahradě Dlouhé stráně

Technická místnost v domě vyzbrojená armádou lithiových článků je totiž přece jen o něco málo dostupnější než třeba vlastní Dlouhé straně. Představa soukromé přečerpávací elektrárny je sice lákavá, kdo má ale na zahradě dostatečně vysoký kopec, viďte?

Stejně tak nejspíše před Státní báňskou správou a sousedy neuspějete s prosbou, že byste si rádi za garáží vykopali důlní šachtu pro betonovou baterii Gravitricity, která ukládá energii vytažením závaží do výšky a přemění ji zpět na elektřinu uvolněním brzdy a roztočením generátoru.

Carnotova baterie

Takže budeme navždy odkázaní na skladné lithium a jiné konvenční chemické elektrolyty? Možná ne, přebytečnou energii bychom totiž mohli ukládat i ve formě tepla. Prostě tak, že nějaké vhodné médium zahřejeme a budeme udržovat při stále teplotě, no a až to bude potřeba, roztočíme s jeho pomocí parní turbínu, nebo vyrobíme elektřinu naprosto tiše nějakými vysoce efektivními Peltierovými články budoucnosti.

Jednou z cest je takzvaná Carnotova baterie pojmenovaná po otci termodynamiky Nicolasi Carnotovi a tepelný akumulátor, který bude laciný, dostupný, relativně rychle jej zahřejeme, ale přitom bude mít dostatečnou kapacitu, aby při přeměně tepla zpět na elektřinu dokázal dobít alespoň ten zatracený mobilní telefon.

Základní teorii máme už celou věčnost, praktická technologie je nicméně poměrně nová a stále ve vývinu, protože to doposud moc nedávalo ekonomický smysl. Nástup laciné elektřiny v dobách přebytku – třeba za nedělního větrného rána, kdy se sice listy vrtulí zvesela točí, ale fabriky s trochou nadsázky stojí –, dal nicméně zelenou všem neotřelým způsobům, jak tuto energii uložit.

Kamenný prach

Jak by tedy taková Carnotova baterie mohla vypadat v praxi? Leckoho by možná napadl bazének napuštěný kapalinou, kterou ohřejeme přebytečnou elektřinou stejným způsobem, jako když si ráno chystáme v rychlovarné konvici vodu na čaj. V praxi je ale mnohem vhodnější pevná látka – třeba rozdrcená žula.

Kamene je všude dost, no a když se pomele na správnou zrnitost, abychom se zbavili vzduchových bublin, mohli bychom jím vyplnit třeba vhodně izolovaný zásobník pod zahradou s maceškami. To vše beze strachu, kolik nabíjecích a vybíjecích cyklů unese. Je to přece kámen – stabilní látka, která sama o sobě vydrží miliony let.

Při nabíjení budeme dohřívat jeho horké jádro, stejně jako když udržujeme při chodu kamna na chalupě, no a při vybíjení budeme odebírat teplo spíše z okrajových částí, aby nám jádro příliš nevyhaslo.

Může něco takového opravdu fungovat? Ale jistě že ano, prototyp akumulátoru tvořeného 132 tunami kamenného prachu si totiž postavil třeba expert na tepelná čerpadla Stanislav Mach z Moravského Krumlova. S výsledky se pochlubil na youtubovém kanálu Electro Dad.

Experiment z ČVUT

Zkušenosti pana Macha využili také výzkumníci z Univerzitního centra energeticky efektivních budov ČVUT (UCEEB), kteří nedávno zveřejnili zprávu o svém vlastním konceptu skladování elektřiny v Carnotově baterii a na projektu spolupracovali právě se společností Tepelná čerpadla Mach.

Takže dejme tomu, že máme nějaké přebytečné teplo a elektřinu. Přebytečné teplo třeba z termických solárních kolektorů nám předehřeje pomletý prach na základní teplotu, no a fotovoltaické panely jej pak už jen elektricky dohřejí na tu cílovou. Právě tak se nabíjí prachová baterie Stanislava Macha.

Koncepce z ČVUT funguje podobně. Na vstupu pracuje s kompresorovým tepelným čerpadlem, které může zužitkovat již existující průmyslové odpadní nízkopotenciální teplo (60 °C) a pomocí elektřiny z obnovitelných zdrojů, respektive levných přebytků ze sítě, dohřeje prach na finální teplotu 125 °C. Laboratorní prototyp simuluje vstupní odpadní průmyslové teplo vytápěcí soustavou budovy ČVUT UCEEB.

Univerzální žulový prach

Experimentální akumulátor používá k ukládání tepla žulový prach, který je v Česku snadno dostupný a drtí jej každý lom. A co víc, prachový zásobník je oproti elektrochemickým článkům mnohem lépe škálovatelný.

Zatímco třeba takové 4,2V lithiové články musíme pro cílovou kapacitu a elektrický výkon sériově a paralelně zapojovat do složitých bateriových struktur, přičemž jednotlivé články mohou ke všemu v čase degradovat různým tempem, kapacitu prachové baterie zvýšíme jednoduše tak, že zvětšíme její zásobník, čímž zároveň docílíme i vyšší účinnosti samotné tepelné akumulace.

V tomto směru se proto Carnotova baterie podobá spíše přečerpávací elektrárně, jejíž kapacitu nafoukneme také jen prostým zvýšením hladiny v horní nádrži.

A proč vlastně jen 125 °C?

Jak už jsme si řekli výše, UCEEB zahřívá prachovou baterii na 125 °C a bystrý čtenář by mohl namítnout, proč na tak nízkou hodnotu, když kámen unese mnohonásobně vyšší teploty. Ostatně, takoví Finové v podobném experimentu zahřívají 100 tun písku až na 500 °C.

Limitem je v tomto případě způsob ohřevu. Zatímco Finové zahřívají písek pomocí proudu horkého vzduchu, který je rozpálený elektrickým odporovým teplem (paralela k naší rychlovarné konvici), Češi experimentují s efektivnějšími tepelnými čerpadly.

Běžné kompresorové čerpadlo nicméně není možné rozpálit na stovky stupňů Celsia, takže i ty nejlepší pracují s teplotami do 180 °C. Nižší teploty jsou šetrnější jak pro písty kompresoru, tak tepelné médium v jeho nitru.

Celý článek zde →