9 Minuty
Google podporuje odvážný přístup k dlouhodobému ukládání energie: obří kupole naplněné stlačeným CO2, které fungují jako znovu nabíjecí „baterie“. Koncept, který vyvinula italská společnost Energy Dome, má potenciál uchovávat velké objemy energie z obnovitelných zdrojů a dodávat je zpět do elektrických sítí nebo do datových center v době, kdy slunce nesvítí a vítr nefouká. Tento článek podrobněji rozebírá principy technologie, důvody zájmu velkých provozovatelů jako Google, plánované piloty a praktické aspekty nasazení v širším měřítku.
Jak „baterie“ na bázi CO2 skutečně funguje
Systém Energy Dome využívá termální ukládání energie a fyzikální změnu fáze oxidu uhličitého (CO2) jako hlavní mechanismus akumulace. Během nabíjecího cyklu, typicky trvajícího řádově kolem deseti hodin, se energii z obnovitelných zdrojů (např. přebytečná solární nebo větrná energie) použije k pohonu chladicích systémů a kompresorů, které CO2 ochladí a zkapalní. Kapalné CO2 je poté uloženo pod tlakem do robustních tlakových nádrží — tedy do kupolí — čímž se v systému „uzamkne“ potenciální energie.
Při vybíjení se kapalné CO2 nechá znovu odpařit a zároveň se kontrolovaně ohřívá, čímž expanduje a pohání turbínu nebo expander pro výrobu elektrické energie. Tento tok energie je řízen tak, aby poskytl stabilní výkon v průběhu mnoha hodin či dokonce dnů, v závislosti na kapacitě konkrétního úložiště a provozním režimu. V praxi se kombinují tepelné výměníky, regulační ventily, systémy pro rekuperaci tepla a moderní řídicí logika, aby byla zajištěna spolehlivost a co nejvyšší účinnost cyklu.
Technické principy a komponenty
Hlavní komponenty systému zahrnují kompresory pro zkapalňování CO2, tlakové zásobníky (kupole), tepelné výměníky, expanzní stroje (turbíny/expandery), chladicí okruhy a řídicí systémy. Proces zkapalňování vyžaduje odstranění tepla z plynného CO2, což je dosaženo průmyslovými chladicími smyčkami a tepelnými akumulátory. Tlak v zásobnících typicky dosahuje hodnot, které umožňují udržení CO2 v kapalném či superkritickém stavu při relativně nízkých teplotách, což minimalizuje potřebný objem.
Expanzní krok při vybíjení opět vyžaduje řízené zahřátí CO2, které může probíhat pasivně (přirozené oteplení) nebo aktivně (přidáním tepla z okolních zdrojů či rekuperací). Energie uvolněná při expanzi je přeměněna na mechanickou a následně elektrickou energii pomocí expanderu nebo turbíny. Celý proces je navržen tak, aby minimalizoval mechanické opotřebení a zajistil vysokou provozní stabilitu při opakovaných nabíjecích/vybíjecích cyklech.
Účinnost a energetické ztráty
Kritickým parametrem je výsledná „round-trip“ účinnost — tedy podíl energie, kterou lze získat zpět oproti množství vloženému při nabíjení. Termo-fázové systémy používají různé strategie pro zvýšení účinnosti, například rekuperaci tepla mezi nabíjecí a vybíjecí fází, optimalizaci pracovních tlaků a integraci s místními tepelnými zdroji. Energy Dome uvádí konkurenční účinnosti pro dlouhodobé akumulace, ačkoli skutečná efektivita v reálném provozu bude záviset na detailech návrhu, klimatických podmínkách, provozním režimu a integraci sítě nebo datovým centrem.
Pro projekty dlouhodobého ukládání energie bývá často přijatelnější nižší „round-trip“ účinnost než u krátkodobých baterií (např. lithium-iontových), protože hodnotou je schopnost zajistit energii v průběhu několika hodin až dnů, nikoli jen minut. V těchto případech se hodnotí také ekonomika provozu, náklady na suroviny, životnost zařízení a celkové náklady na uloženou megawatthodinu (MWh).
Proč se Google pohybuje rychle
Na začátku roku Google oznámil partnerství s Energy Dome a vedení společnosti nyní mluví o rychlém nasazení na vybraných lokalitách datových center v Evropě, USA a v oblasti Asie a Pacifiku. Motivace Googlu je pragmatická: hledá řešení ukládání energie, které je modulární, postavené z dostupných materiálů a nezávislé na kritických nerostných zdrojích nebo komplikovaných dodavatelských řetězcích.
Výhody pro datová centra a provozovatele hyperscalerů
Datová centra fungují 24 hodin denně a potřebují spolehlivý, nízkouhlíkový zdroj energie. Technologie CO2-kupol může umožnit datovým centrům absorbovat nadbytečnou solární nebo větrnou energii v době přebytku a distribuovat ji zpět v době večerních špiček nebo při krátkodobých výpadcích. Pro provozovatele cloudových služeb to znamená vyšší energetickou nezávislost, lepší plánovatelnost nákladů na energii a možnost dosahovat ambiciózních cílů dekarbonizace.
Další výhodou je modulární charakter řešení: jednotlivé kupole mohou fungovat jako stavební bloky, které se dávají dohromady podle požadované kapacity. Tím se snižuje riziko masivních jednorázových investic a zvyšuje flexibilita nasazení v různých regionech s odlišnými energetickými profily.
Dodavatelské řetězce, materiály a provozní rizika
Energy Dome zdůrazňuje, že systém používá běžné průmyslové komponenty a nevyžaduje strategické kovy jako lithium, kobalt nebo vzácné zeminy, což může výrazně zjednodušit dodavatelskou logistiku. Nicméně provozní rizika zahrnují technické a regulační výzvy spojené s vysokotlakými nádržemi, bezpečnostními standardy pro práci s CO2 a integrací do lokálních energetických systémů. Komerční životaschopnost bude záviset na výsledcích pilotních projektů, provozních nákladech a dlouhodobé spolehlivosti komponent.
Datová centra mají vysoké nároky na dostupnost a nízkou uhlíkovou stopu. Představte si cloudové zařízení, které během slunečného dne absorbuje přebytečnou solární energii a následně tuto energii využije během večerních špiček — to je provozní mezera, kterou kupole s CO2 mohou efektivně vyrovnávat. Díky modulárnímu designu mohou provozovatelé nasazovat řešení v blocích podle toho, jak rostou jejich energetické požadavky.
Kde bude technologie testována dále
Energy Dome již buduje pilotní projekt na italském ostrově Sardinie. Tento pilot má ověřit technické parametry, provozní spolehlivost, integraci do sítě a ekonomiku provozu v reálných podmínkách. Pokud pilot potvrdí očekávání, firma plánuje rychlé škálování: dalším krokem je údajně lokalita v indickém státě Karnataka, následovaná projektem ve Wisconsinu v USA. Tyto kroky odrážejí zájem Googlu o nasazení technologie v různých regionech, aby podpořil odolnost sítí a dosažení cílů dekarbonizace.
Piloty, regulace a místní podmínky
Pilotní projekty hrají klíčovou roli: testují, jak systém reaguje na lokální klimatické podmínky, dostupnost obnovitelných zdrojů, síťové omezení a regulační požadavky. V různých jurisdikcích budou klíčové aspekty odlišné — v Indii může být klíčová schopnost akumulovat energii pro stabilizaci sítě v obdobích větrných a monzunových fluktuací, zatímco ve Wisconsinu může jít spíše o zajištění záložní kapacity a integraci se stávajícími energetickými zdroji.
Regulační rámce a místní energetické trhy rovněž určují obchodní modely: někde bude výhodné dodávat energii do distribuční sítě, jinde zase přímé napojení na datová centra nebo průmyslové odběratele. Schopnost přizpůsobit obchodní model místním podmínkám bude rozhodující pro ekonomický úspěch projektů.
Škálování a logistika výstavby
Plán škálování předpokládá možnost opakované výroby kupolí a standardizovaných komponent, což snižuje náklady a čas výstavby. Logisticky se jedná o velké tlakové nádoby a podpůrné systémy — stavba a uvedení do provozu vyžadují koordinaci mezi výrobci tlakových nádob, dodavateli chladicích systémů a místními montážními týmy. Výstavba v různých regionech rovněž znamená, že se musí řešit místní bezpečnostní a environmentální předpisy, včetně posuzování vlivu na okolí a plánu pro případ nouze.
Výhody a kompromisy
- Velká kapacita: přibližně 200 MWh na jednu kupoli cíleně řeší potřeby dlouhodobého ukládání, které ekonomicky nejsou řešitelné běžnými lithium-iontovými bateriemi.
- Jednoduchost materiálů: systém se neobejde bez kritických nerostů nebo speciálních bateriových chemikálií, což snižuje závislost na omezených zdrojích surovin a napomáhá udržitelnějšímu dodavatelskému řetězci.
- Flexibilita sítě: dobré řešení pro vyhlazení variability solární a větrné energie a pro pokrytí večerních a nočních špiček v odběru.
- Riziko rané fáze: komerční životaschopnost stále závisí na výsledcích pilotů, nákladech na integraci a dlouhodobé spolehlivosti komponent.
CO2 „baterie“ od Energy Dome není univerzálním lékem na všechny problémy energetiky, ale představuje perspektivní nástroj v arzenálu řešení pro provozovatele sítí, průmysl i hyperscalery, kteří se snaží provozovat čistou a spolehlivou infrastrukturu v měřítku. Pokud piloty a první nasazení potvrdí očekávané technické a ekonomické parametry, může tento termální přístup s CO2 přepsat způsob, jak provozovatelé uchovávají obnovitelnou energii pro hodiny nebo dny, nikoli jen na minuty.
Pro konečné rozhodnutí o rozsáhlém nasazení bude klíčové sledovat několik metrik: skutečná dlouhodobá účinnost, náklady na instalaci a údržbu v přepočtu na uloženou megawatthodinu, životnost tlakových nádrží a ostatních mechanických částí, bezpečnostní záruky a možnosti recyklace nebo opětovného využití materiálů po ukončení životního cyklu zařízení. Rovněž bude důležité, jak rychle a efektivně se podaří integrovat tuto technologii do energetických trhů a jaké podpůrné regulace a pobídky budou dostupné v různých regionech.
V konečném důsledku je Energy Dome jedním z příkladů, jak inovační přístupy k akumulaci energie—v tomto případě založené na fyzice CO2 a termodynamice—mohou nabídnout alternativy k tradičním bateriovým technologiím, zejména tam, kde je potřeba dlouhodobé ukládání a kde jsou minimalizovány limity dostupnosti surovin a environmentálních dopadů. S růstem instalovaného výkonu OZE a tlakem na dekarbonizaci energetiky budou takové technologie hrát stále významnější roli v plánování udržitelné a odolné energetické infrastruktury.
Zdroj: smarti
Zanechte komentář