↗

Kryobaterie o výkonu 5 MW je v britském Pilsworthu v plném síťovém provozu od roku 2018. Foto Highview Power

České vládní utopii s jadernými reaktory se lze postavit robustními bateriemi a jejich použitím při družstevní výrobě elektřiny. Baterie dají Slunci a větru smysl, družstva lidem podíl na zisku z energetiky. Co bude dávat lidem smysl a peníze, začne se lavinovitě šířit.

Bateriovou energetiku bez jaderných a uhelných elektráren má srovnatelně velké Rakousko. Se spotřebou elektřiny asi o dvě procenta vyšší než v České republice, odkud třináct procent vyrobené elektřiny vyvážíme, umožňují baterie Rakousku deset procent elektřiny naopak dovážet. A to jak českou jadernou a uhelnou, tak přetoky z baltských větrných a německých solárních elektráren.

Největší rakouskou baterií je osmnáct alpských přečerpávacích vodních elektráren (PVE) o výkonu 4,8 GW. To je jen čtyřikrát více než 1,2 GW českých přečerpávacích vodních elektráren, které máme tři, z nichž Dlouhé stráně o výkonu 650 MW by v Rakousku byly druhou největší po Malta-Hauptstufe o výkonu 730 MW. Nic až tak zázračného se tedy u sousedů neděje.

Náš bateriový systém můžeme posílit stavbou přečerpávacích vodních elektráren na jezerech po těžbě hnědého uhlí, jako je Milada (300 MW), po zaplavení lomu ČSA (600 MW) nebo rekonstrukcí vltavské kaskády (téměř 400 MW). Výkon by vzrostl na zhruba 2,5 GW a přesáhl polovinu rakouského.

Tím ale své územní předpoklady vyčerpáme a další navýšení musí zajistit jiné technologie. Nejznámější lithium-iontová (Li-ion) má v České republice největší instalaci pouhých 5 MW a z plánované gravitační baterie 4 MW na dole Darkov možná úplně sejde. Nic většího nezkoušíme, přitom bychom mohli.

Přečerpávací elektrárna bez geografických omezení

Britové pro svůj pobřežní vítr hledali robustní akumulaci vhodnou do ostrovní krajiny bez velkých převýšení a vodních ploch. Našli ji v garáži britského vynálezce Petera Dearmana. O možnostech jeho kryobaterií napsal Deník Referendum již v červnu 2021.

V britském Pilsworthu je od roku 2018 v plném síťovém provozu kryobaterie o výkonu 5 MW, u Manchesteru je ve výstavbě výkon 50 MW a ve Skotsku v projektové fázi 16 kryobaterií po 200 MW. To je přes 3,2 GW bateriového výkonu, plnohodnotné náhrady PVE nebo jádra (Temelín 2,3 GW).

Kryobaterie je v principu přečerpávací vodní a tepelná elektrárna současně. Místo vody přečerpává vzduch a využívá jeho expanze z kapalného na plynné skupenství. Solární a větrná elektřina v době přebytku roztočí kompresory a čerpadla, které ochladí okolní vzduch na -196 °C. Jakmile zkapalní, uloží se na týdny nebo i měsíce v obřích beztlakových termoskách, do nichž se běžně ukládá tekutý kyslík u každé nemocnice.

Kapalný vzduch pak funguje jako voda v tepelných elektrárnách. Zatímco voda se musí složitě ohřát, kapalný vzduch stačí vypustit z termosky. Jeho teplota vzroste o nejméně 196 °C, zvětší objem sedmsetkrát a silou jako vodní pára v elektrárně roztočí nejtěžší turbínové generátory elektřiny. Proto výkon srovnatelný s PVE nebo jádrem.

Kapacitně jsou kryobaterie dokonce efektivnější než PVE. Díky stokrát větší energetické hustotě kryokapaliny oproti vodě stačí kryobaterii stokrát menší nádrž. Proto 200MW skotská kryobaterie bude vyrábět na jedno vybití 2,5 GWh elektřiny, zatímco více než třikrát výkonnější PVE Dlouhé stráně poskytuje na jedno vybití jen 3,7 GWh.

Zdánlivou překážkou jsou přesuny tepla. Na začátku se vzduchu vezme, aby zkapalnil. Pokud teplo nemá využití, ztratí padesát procent akumulované energie. Takže z původní uložené elektrické energie vrátí kryobaterie do sítě jen polovinu.

Termokolektory namísto biomasy

Nicméně je tu zralá komerční technologie, která umí ukládat elektřinu robustněji než Li-ion baterie, ale produkuje hodně tepla. Je tu někdo, kdo by ho využil?

Snadné to bude pro teplárny. Účinnost kryobaterie tím vzroste na sedmdesát i více procent. A co takhle odpadní teplo využít zpětně při expanzi kapalného vzduchu? Více tepla rovná se více energie, více vyrobené elektřiny a více vydělaných peněz. Jak ale teplo efektivně uskladnit?

Dekarbonizovat teplárenství znamená přejít na biomasu, tepelná čerpadla a modulární jaderné reaktory. Takhle uvažuje česká vláda.

Dánové byli intelektuálně poctivější a přidali další možnost. Fotovoltaika využije ze Slunce nějakých pětadvacet procent energie. Fototermika ale až pětasedmdesát procent energie, což je znát v létě v ubedněném autě, i když je pod mrakem. To jsou čísla šestnáctkrát až padesátkrát větší oproti 1,5 % energie, které si ze Slunce dokáže vzít biomasa.

Do Dánska se nejezdí za Sluncem, dánští inženýři ale měli jasno. Když vezmou kravám jeden hektar louky, kde vypěstují biomasu ke spálení (nebo na bioplyn, což bude ještě méně účinné kvůli kaskádě energetických ztrát fermentací), získají padesátkrát méně energie, než kdyby stejný hektar posázeli solárními termokolektory. Nebo obráceně.

Kde na ohřev vody od jara do podzimu stačí jeden hektar solárních termokolektorů, byla by hloupost zabrat padesát jiných hektarů pro pěstování stejného množství energie v biomase. Pro ústup od uhlí a jádra je to málo známý, přitom zásadní fakt.

Popírá zdánlivě ekologické odmítání jak padesátkrát účinnější fototermiky, tak méně, ale přesto ještě šestnáctkrát účinnější fotovoltaiky proti biomase, na orné půdě. Zatímco fotovoltaika na poli budí vášně, biomasa užírá šestnáctkrát větší plochy polí, luk a lesů, abychom získali stejné množství energie.

Ještě větší rozdíly ukazuje grafika serveru Fakta o klimatu znázorňující, kolik rozlohy České republiky bychom potřebovali ve fotovoltaice (0,5 %) a větru (1,3 %) na výrobu čtyřiceti procent české elektrické energie, proti biomase (15 %). Přitom jen rozloha polí s řepkou olejnou ročně zabírá 4,9 % rozlohy ČR!

Řešení je v Dánsku

Termokolektory protéká voda, která sbírá solární teplo. Instalovat je na budovách je kvůli trubkám nákladnější než fotovoltaika propojená dráty. Rozdělit proto výkon fototermiky na více budov je neefektivní. Střechy bytových domů obvykle ani nemají potřebnou plochu pro plné využití tepelného potenciálu Slunce.

Stavby s velkou dispoziční plochou, jako průmyslové haly, nákupní centra nebo parkoviště, jsou většinou v soukromých rukou a jejich pronájem by teplo prodražil. Pro efektivní instalace termokolektorů s nejnižšími investičními a provozními náklady při nejvyšším výkonu tak zbývají orná půda nebo brownfieldy. Pokud jsou v majetku obce, jejich pronájem může být v rámci energetické politiky radnice za symbolickou cenu.

↗

Družstevně vlastněný systém akumulačního solárního vytápění v dánském městečku Vojens. Foto Lago Laumark-Moeller, Solar Heat Europe

Dánům stačilo navrhnout, jak teplo efektivně ukládat, protože v létě je ho nadbytek, ale teplou vodu nepotřebují k vytápění jen do koupelen a kuchyní. A tak v Dánsku vymysleli největší vodní postel na světě. Voda má úžasnou schopnost zadržovat teplo, mnohem větší než olej nebo štěrk.

Stačilo postavit gigantické zahradní jezírko s metr tlustou izolací houpající se na hladině jako na posteli v night clubu a teplo akumulovat do jeho vodní masy. Dánské jezírkové akumulace přenášejí teplo mezi sezónami. V létě u hladiny vyhřejí vodou z termokolektorů až na 90 °C a teplo postupně uvolňují.

Jak Slunce ubývá, ubývá i tepla v jezírkách, ale méně, než by ubývalo přímo z termokolektorů. V součtu takový systém dodá i s teplem akumulovaným na jaře polovinu roční potřeby tepla v síti ústředního vytápění.

Čtete správně. Česká teplárna, která instaluje pole solárních termokolektorů s jezírkovou akumulací tepla, ušetří ročně polovinu paliv. Dánsko již vybudovalo 126 solárních tepláren o celkovém tepelném výkonu 1,1 GW. Podle expertů na solární teplo je po celé Evropě dost slunečního svitu pro stonásobný výkon solárních tepláren. Pro srovnání tepelný výkon jednoho jaderného bloku v Dukovanech je 1,4 GW.

A co když takový solární systém s jezírkovou akumulací tepla postavíme vedle kryobaterie? Pak bude kam uložit její teplo. Místo dvou akumulací, zvlášť pro solární a zvlášť pro kryoenergetiku, bude stačit jediná.

Protože teplárně půjde primárně o využití tepla ze Slunce a snížení palivových nákladů o polovinu, zlevní se stavba kryobaterie a sníží cena akumulované elektřiny. Kryobaterie bude dodávat teplo i v létě, čímž také sníží počet potřebných solárních termokolektorů a zábor půdy, jinými slovy investiční náklady solární teplárny.

Přínosem by byly úspory paliv i zisky z akumulace elektrické energie, je to příležitost pro dekarbonizaci a demokratizaci energetiky. Netoxické termokolektory, akumulační jezírka a kryobaterie stavěné z běžných komponent pro plynárenství a energetiku, od výkonů desítek kW po stovky MW, jsou, na rozdíl od jaderných reaktorů, v možnostech družstevního investování.

Veřejnost si pole termokolektorů zamiluje, když zjistí, že každému umožňují spoluvlastnit část energetického systému, že biomasa má tak nízkou energetickou efektivitu, že její spalování má smysl jen v zimě, a jen v takovém objemu je rozumné ji pěstovat, že zabraná půda pod kolektory dál žije a vsakuje vodu a že nejlevnější a nejvýkonnější jaderný reaktor putuje každý den od východu na západ po nebi.

Pětaosmdesát procent dánských tepláren jsou občanská družstva

Pouhá dvě procenta dánských tepláren jsou v soukromých rukou, třináct procent vlastní obce a celých pětaosmdesát procent je v družstevním vlastnictví občanů-zákazníků. Solární teplárny nemusejí stát v areálu kotelen dálkového topení. Mohou vznikat jako samostatné družstevní projekty za městem, protože v létě pracují s obrovskými přebytky tepla, které je zdarma a kompenzuje teplovodní ztráty.

Do družstva založeného občany kolem solární teplárny může vstoupit i silný investor, ideálně vlastník tepelné sítě, na kterou bude solární teplárna připojena. Rozhodovat ale budou občané zákazníci, protože v družstvu má každý člen ze zákona jeden hlas bez ohledu na výši investice.

I odběratelé tepla, kteří do družstva nevstoupí, budou platit stejnou cenu tepla jako družstevníci. Nedostanou ale dividendu, o kterou se družstevníkům cena tepla ještě sníží. Vstoupit do družstva proto bude výhodné, nashromáždí se větší kapitál, nový zdroj bude snadnější zainvestovat.

Možnost propojit kryobaterie se solárními teplárnami se nabízí jako snadné české prvenství. Spolupráce obou technologií může významně urychlit dekarbonizaci mírného pásma. Pilotní projekt ve spolupráci s občany, zákazníky tepláren, na půdorysu družstva je v možnostech každého města s tepelnou sítí.

Obě technologie lze pořídit s vydatným přispěním evropských investičních dotací zrychlujících návratnost projektů daleko před polovinu jejich životnosti, takže se nejen bezpečně zaplatí, ale generují i zajímavý zisk. Design propojení může být příležitost pro české technické univerzity a startupy.

Podle evropského projektu KeepWarm, jehož součástí je i Teplárenské sdružení ČR, představuje solární dálkové vytápění skvělou investici. Obchodní příležitost neleží ani tak ve vlastnictví solární teplárny či kryobaterie, jako v zakládání družstev kolem nich, díky kterým všichni obyčejní lidé zatouží „sklízet teplo Slunce“ a rychleji otevřou miliardové trhy firmám a družstvům, jež budou ovládat know-how velké fototermiky a kryoakumulace.

Je třeba oživit družstevní tradici

Družstevní model tepláren se v Dánsku osvědčil a je snadno přenositelný. V prvorepublikovém Československu pomohla družstva budovat takzvané všeužitečné elektrárny, které v roce 1935 vyráběly 24 % české elektrické energie a proudem zásobovaly dvě třetiny obyvatel českých zemí.

Tradici máme a již se na ni daří navázat. První energetické družstvo, které transfer solární teplárny a kryobaterie do České republiky může uskutečnit, založila ekologická organizace Hnutí DUHA. Kryobaterie jsou dostatečně robustní, aby rychle nahradily plány na budování nových jaderných reaktorů, které se českým domácnostem nemohou vyplatit.

Nejoptimističtější horizont jaderné výstavby deset až patnáct let znamená nebezpečně mnoho času pro pád ceny kryobaterií, které Velká Británie již exportuje a český průmysl je dokáže snadno vyrobit. Byl by nesmysl splácet drahou jadernou technologii další desítky let uprostřed trhů s levnou akumulovanou elektřinou, jejíž cena bude i vlivem komerčně připravené kryoakumulace nevyhnutelně padat jako u fotovoltaiky a větrné energie až o devadesát procent za jediné desetiletí.

Mnoho z nás je nespokojených s plány na rozvoj energetiky, protože je necháváme na ostatních, na bezohledných investorech, prolobovaných vládách a zastupitelstvech. Změna může přijít rychle, pokud se každý z nás začne angažovat a jednotlivci zintenzivní úsilí zorganizovat tisíce drobných družstevních vkladů v kapitál budující silné energetické zdroje, jako se to podařilo v Dánsku.

Nové jaderné reaktory plánuje držet v rukou energetický oligopol. Kryobaterie různých velikostí mohou decentralizovaně spoluvlastnit všichni odběratelé elektřiny.

Nápad založit první AkuLouku na světě odmítli podpořit jak politici v Chebu, kde bydlím, tak politici v nedaleké Aši, která má ještě lepší podmínky pro pilotní instalaci. Věřím, že je ale jen otázkou času, než se podaří nalézt správnou radnici a akční sídliště. A že kapalný vzduch a horko Slunce nastartují českou energetiku, která bude levná, spravedlivá a bez jaderného odpadu.