Integráciou poznatkov z rôznych technických i spoločenských disciplín je možné už pred rokom 2025 uviesť na európsky trh produkt Energetický tandem, ktorý pri hromadnom využití zníži závislosť Európy od fosílnych palív minimálne o 50 %. Ide o systém integrovanej akumulácie elektriny a tepla, pričom hlavným cieľom priemyselného výskumu je dosiahnuť akumulačnú kapacitu 3 MWh elektrickej a 7 MWh tepelnej energie. Tandem pozostáva z dvoch akumulačných nádrží, tepelnej výmenníkovej stanice a elektro-elektronického riadiaceho systému. Je integrovateľný so všetkými známymi energetickými sieťami – elektrickými aj tepelnými. Výmena energie (tepelnej a elektrickej) bude monitorovaná a plne automatizovaná využitím dnes na trhu dostupných systémových riešení.
Veľké benefity
Integráciou energetického tandemu do diaľkových rozvodov tepla sa radikálne zvýši termálna akumulačná kapacita rozvodnej siete a jej možnosť efektívneho prepojenia s veľkokapacitnými sezónnymi zásobníkmi. Jeho implementácia do existujúcich systémov výroby teplej úžitkovej vody ochráni dnešné investície do diaľkových rozvodov – po vynútenom odstavení centrálnych teplární na fosílne palivá. Začlenenie do dnešného systému výroby a distribúcie elektrickej energie eliminuje potrebu extrémnych investícií do elektrických sietí pre zabezpečenie budúcej elektromobility. Umožní tiež zabezpečiť výkonnostnú stabilitu elektrickej siete – bez nutnosti neustále zapájať vodné alebo jadrové elektrárne. Elektrická sieť podporená akumulačnou kapacitou takýchto tandemov bude schopná absorbovať vyšší stupeň energetických vstupov aj od menších výrobcov elektrickej energie, čo podstatne zvýši jej „robustnosť“.
Mestá alebo mestské časti, ktoré sa v budúcnosti rozhodnú integrovať tento systém do svojej rozvodnej siete tepla a elektriny, dosiahnu už pri počte 150 pripojených jednotiek kapacitu 450 MWh elektrickej a 1 050 MWh tepelnej energie. To zodpovedá kapacite jedného bloku jadrovej elektrárne! Hromadné využitie tandemov v budúcnosti umožní dosiahnuť energetickú nezávislosť na lokálnej, regionálnej i národnej úrovni.
K systému sa na strane vstupu energie dajú pripojiť OZE, napr. veterné či fotovoltické elektrárne. Tepelný input budú v prvom rade zabezpečovať slnečné koncentrátory, avšak systémové riešenie umožňuje pripojiť aj iné zdroje, ako geotermálnu energiu alebo tepelné prebytky z chladiacich systémov veterných elektrární. Hromadnou implementáciou energetických tandemov pozdĺž rozvodných sietí tepla a elektriny dôjde v budúcnosti k integrácii systémov výroby, akumulácie a distribúcie – podobne ako v IT oblasti v čase, keď sa súčasťou siete stali servery.
Problém uskladnenia energie
Strategickou službou pre zákazníkov bude operatívny servis energetického tandemu s cieľom zabezpečiť jeho maximálne efektívnu, ekonomicky výhodnú prevádzku. Zákazníci s vlastnou operatívnou kapacitou budú môcť využiť službu technickej údržby počas životného cyklu systému. Pre prípad vysokej akceptácie produktu a služieb budú dôležité stratégie predaja výrobných licencií a operatívneho prenájmu akumulačných systémov.
Trh chce samostatne ponúkať aj stacionárne elektrické batérie a termické akumulačné nádrže. Priemyselný výskum a následná výroba tandemu so spomenutou akumulačnou kapacitou si vyžadujú integráciu poznatkov z oblasti strednoteplotných stacionárnych akumulátorov typu „sodium-nickel chloride“, ako aj identifikácie vhodného tepelného zdroja pre zabezpečenie ich plynulej prevádzky. V oblasti výskumu extrémne vysokej energetickej hustoty sú batérie tohto typu už dlhodobo uznávané ako „state of the art“, avšak ich hromadné uplatnenie brzdí potreba zabezpečenia relatívne vysokej prevádzkovej teploty.
Uskutočnený výskum potvrdil, že dnes možno dosiahnuť špecifickú energetickú hustotu 350 Wh kg-1 už pri 190 °C, čo je teplota podstatne nižšia, než s akou sa pracovalo pri konvenčných tabulárnych batériách (280 °C). Je vysoko pravdepodobné, že priemyselný výskum možného využitia planárnych „sodium-nickel chloride“ batérií pracujúcich v strednoteplotnom pásme môže v budúcnosti viesť k radikálnemu zníženiu nákladov na uskladnenie elektrickej energie.
Materiálový výskum
Hromadné využitie týchto batérií si však žiada vyriešiť problém zabezpečenia finančne nenáročného a dlhodobo udržateľného zdroja tepla na ich prevádzku. Už vyše 10 rokov sú niektorí členovia výskumného konzorcia zapojení do výskumu možného využitia soľných tavenín ako akumulačného média. Kritickou prekážkou, ktorú tento výskum bude musieť prekonať, je voľba vhodných materiálov, odolných voči soľným roztokom a taveninám. Tieto materiály budú využité na konštrukciu vnútorných stien budúcich akumulačných nádrží a taktiež pri výrobe tepelných výmenníkov zabudovaných v nosných stenách nádrží. Strategickou prioritou je výskum použitia bazaltu na tento účel.
Nemenej podstatnou oblasťou materiálového výskumu je voľba vhodných betónových zmesí a armovacích materiálov pre nosnú konštrukciu nádrže. Primárne ide o odolnosť materiálov voči vysokým teplotám a potrebu harmonizácie dynamických síl vnútornej a vonkajšej steny nádrže. Takisto bude potrebné preskúmať vplyv konštrukcie „sendviča“ steny nádrže na (v nej zabudované) tepelné výmenníky počas jej termálneho pracovného cyklu. Navrhnutá a skúmaná technológia pracuje v strednoteplotnom pásme, preto súčasťou výskumného zámeru sú aj optimálne izolačné postupy a materiály.
V súlade s cieľmi EÚ v oblasti dekarbonizácie je dôležitou súčasťou projektu energetického tandemu tiež priebežná identifikácia a zaangažovanie relevantných stakeholderov, operátorov sietí, konzumentov, normotvorných organizácií (politických i nepolitických) a legislatívnych expertov do plánovaného priemyselného výskumu.
Slovensko chce aj nie
S cieľom dosiahnuť excelentnú kompetenciu v uvedených oblastiach sa výskumného zámeru zúčastňuje švédsko-rakúsko-slovenské konzorcium univerzít a podnikov, ku ktorému sa ako pozorovatelia pripájajú aj ďalšie entity zo Slovenska – veď jeho závislosť od fosílnych palív je v porovnaní s Rakúskom či so Švédskom omnoho vyššia. Žiaľ, tento fakt akoby nevideli práve tí, na pleciach ktorých leží najväčšia zodpovednosť.
Náš štátom riadený výskumný priestor sa už niekoľko rokov nachádza v štádiu administratívno-morálneho rozkladu. Po konštatovaní administratívnych pochybení pri hodnoteniach podaných projektových návrhov došlo v uplynulých mesiacoch k zdanlivej reorganizácii hodnotiacich procesov vo verejnej správe. Žiaľ, jediným viditeľným výsledkom tejto reorganizácie je, že žiadne obsahové hodnotenia podaných projektových žiadostí neprebiehajú ani na jednom z dotknutých ministerstiev (hospodárstva a školstva). Obe sa intenzívne zaoberajú hľadaním formálnych chýb, niekedy na hrane zákona, v snahe ukázať, že niečo robia.
Toto nepochopiteľné konanie verejných orgánov tlmočia zlé jazyky tak, že „ak z toho koláča nič nedostanú, tak nech ho radšej nezje nik“... Ani takéto korupciou poznačené konanie však nemôže prekaziť ďalší slovenský výskum a inovácie. Výskumné zámery a projekty, orientované na zastavenie klimatickej katastrofy, by mali dostať prioritu – a tým aspoň trochu znížiť medzinárodnú hanbu Slovenska ako jedného z najväčších znečisťovateľov ovzdušia v Európe. Krízový stav si vyžaduje krízové riešenia – iné krajiny ich už prijali.
FZ
