Dánští vědci zkoumali, jak se mohou solárně napájené Carnotovy baterie integrovat do vyřazených uhelných elektráren, aby produkovaly čistou energii. Zjistili, že modernizovaná uhelná elektrárna o výkonu 300 MW s 1,37 GWh tepelné akumulační kapacity má potenciál

Dánští vědci zkoumali, jak se mohou solárně napájené Carnotovy baterie integrovat do vyřazených uhelných elektráren, aby produkovaly čistou energii. Zjistili, že modernizovaná uhelná elektrárna o výkonu 300 MW s 1,37 GWh tepelné akumulační kapacity má potenciál pro roční čistou výrobu energie až 1 150 GWh na 12 h skladování. A to při vyrovnaných nákladech na energii 2 150 Kč/MWh.

Vědci z Technické univerzity v Dánsku navrhli použít Carnotovy baterie k přeměně uhelných elektráren na výrobu obnovitelné energie.

Carnotovy baterie jsou systémy, které ukládají elektřinu ve formě tepla prostřednictvím akumulačních médií, jako je voda nebo roztavená sůl. A v případě potřeby přeměňují teplo zpět na elektřinu. Tato kategorie zahrnuje systémy skladování energie v kapalném vzduchu (LAES) a systémy přečerpávacích zásobníků tepelné energie (PTES) na bázi Brayton nebo Rankine. Stejně tak jako zásobníky Lamm-Honigmann. Což je technika založená na sorpci. Tu lze nabíjet a vybíjet jak teplem, tak elektrickou energií a systémem založeným na integrovaném odporovém ohřevu s napájecími cykly.

Vědci vysvětlili, že vyřazené uhelné elektrárny se jeví ideálním místem pro kombinování elektrických ohřívačů a akumulace tepla. A to proto, protože umožňují opětovné použití stávajících zařízení. Jako např. parní turbíny, kotle na rekuperaci tepla a výměníky tepla. ,,Kromě toho konvenční generátory, spíše než zdroje založené na invertorech, jsou schopny zachovat značné množství setrvačnosti pro stabilizaci frekvence sítě," uvedli.

Přeměna uhelné elektrárny na zařízení pro obnovitelné zdroje energie

Skupina zkoumala zejména modernizaci uhelných elektráren využívajících akumulaci tepelné energie. A aplikovala svůj přístup na chilské 300 MW uhelné elektrárny s výrobou ostré páry při 565 °C a 160 barech.

Pro své modelování vědci uvažovali o plněném lůžku s kapacitou 1,37 GWh a skladovací teplota 730 °C. Systém využívá jako teplonosnou kapalinu (HTF) atmosférický vzduch a jako akumulační médium pevný materiál. Ohřívače, ventily a vstupní a výstupní potrubí se umístily na horní straně systému, aby se zabránilo dalším výkopům a umožnilo instalaci skalního dna částečně pod úroveň terénu. Což usnadňuje údržbu.

„Odhadované tepelné ztráty pro tuto konfiguraci jsou 1,94 % za den. Zatímco maximální tlaková ztráta nad náplňovým ložem, při této práci pozorovatelná během vypouštění, je vypočtena na 49 mbar,“ uvedl tým. ,,Doba nabíjení byla zvolena tak, aby využívala maximální počet hodin slunečního záření. Ty představují využití obnovitelné energie z fotovoltaických (FV) elektráren. A tímto způsobem vybíjení proběhne v noci nebo když sluneční světlo není k dispozici."

V navržené konfiguraci systému FVE napájí elektrický ohřívač akumulačního systému připojený k akumulační nádrži. Ten zase dodává teplo parogenerátoru připojenému k parní turbíně a kondenzátoru uhelné elektrárny.

Technicko-ekonomická optimalizace

Prostřednictvím své analýzy vědci zjistili, že modernizovaná elektrárna může dosáhnout roční čisté výroby energie kolem 443 GWh pro 4 h skladovací kapacitu, 797 GWh na skladovací kapacitu 8 hodin a 1 150 GWh pro skladování 12 hodin. „Tyto hodnoty se jeví asi o 3,4 % nižší, když se teplota vzduchu na vstupu parogenerátoru nastaví na 590 °C,“ vysvětlili.

Zjistili také, že nejvyšší roční zpáteční účinnosti systému se dosáhlo při skladovací kapacitě 8 hodin. A že nejnižší úrovně nákladů na energii (LCOE) se dosáhlo u největší skladovací kapacity ve výši 2 150 Kč/MWh. „Tato hodnota se zdá konkurenceschopná jak s nejmodernějšími konvenčními elektrárnami, tak s alternativami. Jako se jeví např. elektrárny poháněné tepelnými zásobníky na bázi roztavené soli,“ dodali.

Jejich zjištění se představila v článku „Retrofit uhelné elektrárny s akumulací tepelné energie v horninovém loži“. Ten se publikoval v Journal of Energy Storage.

Tým poznamenal, že následná studie implementující nástroje vyvinuté v práci v rámci technicko-ekonomické optimalizace by mohla připravit cestu k implementaci, identifikovat ideální provoz a dimenzování pro nejnižší náklady a maximální výnosy.

Další výzkumný tým na Technické univerzitě v Dánsku letos zkoumal, jaké úrovňové náklady na skladování (LCOS) vyžadují baterie Carnot, aby se staly konkurenceschopnými ve scénáři 100 % obnovitelných zdrojů pro svou domovskou zemi. Zjistili, že LCOS nižší než 1 600 Kč/MWh by byl konkurenceschopný za předpokladu, že ceny plynu zůstanou na nízké úrovni.

Zdroj: pv-magazine, Vapol