V Řeži pomáhají urychlit nástup „vodíkové“ ekonomiky

Ve střední Evropě ojedinělý projekt uskutečnili ve společnosti ÚJV Řež v letech 2009 – 2013, s následným měřením výsledků v průběhu celého loňského roku. Cílem bylo vyvinout, realizovat a optimalizovat systém pro akumulaci elektrické energie ze zdroje s proměnlivým výkonem. Pracovníci výzkumu a vývoje z Řeže se rozhodli využít fotovoltaické panely, které si řada lidí pořizuje například na rodinné domy. Jimi vyvinutý systém kombinuje skladování nevyužité solární energie částečně v akumulátoru a částečně ve formě vodíku. Navržené řešení počítá s tzv. ostrovním provozem domácnosti, tedy nezávisle na rozvodné síti.

Výsledky

Měření z průběhu provozu pilotního zařízení ukázala, že navržený koncept funguje. Plně nabitý olověný akumulátor (2,2 kWh) společně s plnou vodíkovou zásobní nádrží (cca. 330 kWh, s 50% účinností zpětné přeměny) by i v případě naprosté tmy dokázaly udržet domácnost v běžném chodu po dobu 14 – 24 dní bez nutnosti napojit se do rozvodné sítě. „Potvrdilo se, jak důležité je celý systém dobře dimenzovat. Testování ukázalo, žeenergetická účinnost jednotlivých zařízení při výkonech nižších než cca 30 % jejich maximálního výkonu rapidně klesá. Doplnění systému o krátkodobé skladování energie v bateriích umožňuje provoz elektrolyzéru a palivového článku při optimálních výkonech a tím dosažení vysoké účinnosti,“ říká Aleš Doucek, vedoucí oddělení vodíkových technologií ÚJV Řež, a. s. Při optimálním využití dosahovala celková účinnost akumulace energie 31 %.

Jak dál

ÚJV Řež bude pokračovat v dalším testování navrženého systému za účelem získání komplexnějších dat o spolehlivosti a životnosti jeho jednotlivých součástí. V Řeži souběžně probíhá vývoj alkalického elektrolyzéru, který by se měl vyznačovat nižšími investičními náklady než doposud používaný elektrolyzér typu PEM. Postupný pokles cen vodíkových technologií je patrný celosvětově (např. cena stacionárních palivových článků klesla od roku 2009 o více než 50 %). Výzkum v Řeži chce k tomuto vývoji rovněž přispět.

Kromě energetického využití lze navíc vodík uplatnit například v dopravě – auta na vodíkový pohon již nabízí řada výrobců (např. Toyota, Hyundai, Daimler, Honda).

V samotné Řeži by rádi testovali využití vodíku vyrobeného v návaznosti na obnovitelné zdroje k pohonu svého vodíkového autobusu TriHyBus (trojitě hybridní autobus poháněný vodíkem), vyvinutému zdejšími techniky roce 2009. Další možností, kterou se ÚJV Řež zabývá, je transformace vyrobeného vodíku na syntetický zemní plyn (reakce vodíku a oxidu uhličitého) a jeho vtláčení do plynárenské sítě.

Popis pilotního zařízení pro akumulaci energie ve vodíku

Fotovoltaickou elektrárnu využitou v pilotním zařízení tvoří moduly (60 kusů modulů Gloria Solar 230 W) umístěné na střeše objektu jídelny ÚJV Řež. Střídače jsou výrobkem firmy SMA. Systém je vybaven potřebnou technologií pro sběr dat. Elektrárna se skládá ze dvou částí. Větší (7,36 kWp) slouží k napájení akumulátorů a elektrolyzéru, tj. na výrobu vodíku, který slouží k dlouhodobému uložení elektrické energie. Menší část (5,5 kWp) slouží k testování ukládání energie čistě pomocí olověných akumulátorů (krátkodobou zálohu energie). Funkci těchto systémů lze vhodně kombinovat tak, aby bylo zajištěno co nejefektivnější hospodaření s energií. Tlaková nádrž pro skladování vodíku pojme 10 kg a má maximální pracovní tlak 15 bar. Měření probíhala v průběhu roku 2014.

Použitý elektrolyzér Hogen S40 využívá jako elektrolyt protonvýměnnou membránu. Výrobcem je americká společnost Proton Energy. Maximální produkované množství vodíku je 1,05 m³(N)/hod, což odpovídá 2,27 kg/den. Čistota produkovaného vodíku je 99,99995%, obsah vlhkosti odpovídá rosnému bodu při teplotě -65 °C. Maximální výstupní přetlak vodíku je 13,8 bar. Deklarovaná spotřeba elektrické energie je 6,7 kWh/m³(N), což odpovídá asi 53% účinnosti elektrolýzy. Palivový článek o výkonu 4 kWh pracuje se vstupním tlakem 5 – 15 bar a jako palivo využívá vodík 5.0. Jeho účinnost se pohybuje kolem 47 %.

Parametry jednotlivých částí navrženého systému

* celkem 13,8 kWp

V případě, že je vyráběné množství elektrické energie větší než aktuální spotřeba simulované domácnosti, je přebytečný výkon fotovoltaické elektrárny ukládán v olověných akumulátorech. Pokud jsou tyto plně nabity, nebo výkon, který je potřeba uložit, překračuje maximální nabíjecí proud, je přebytečný výkon využíván v elektrolyzéru k výrobě vodíku. Vodík je následně skladován v tlakové nádrži s maximálním pracovním tlakem 15 bar. V období, kdy okamžitá spotřeba domácnosti je vyšší než výkon fotovoltaického systému, je krátkodobě potřeba pokryta z akumulátorů, v případě delšího nedostatku je skladovaný vodík zpětně přeměňován na elektrickou energii v palivovém článku.

Obrazové schéma jednotlivých částí navrženého systému

Již 60 let, od svého založení v roce 1955, se ÚJV Řež, a. s., jak v České republice, tak v rámci mezinárodních kontraktů zaměřuje na inženýrskou, projekční, analytickou a vědeckou podporu při provozu i nové výstavbě klasických a jaderných energetických zařízení.

Společnost nabízí komplexní a systémové služby zejména v oblasti využitíjaderné energie i zdrojů ionizujícího záření, výzkumu a sledování stavu materiálů, koncepčních či prováděcích projektů, nakládání s radioaktivními i neradioaktivními odpady. Specializuje se na vývoj a výrobu radiofarmak. Za 60 let své existence se stal odbornou autoritou a propagátorem v oblasti jaderné energetiky a využití ionizujícího záření.

ÚJV Řež je vedoucí společností Skupiny ÚJV, ve které jsou špičková pracoviště a instituce mezinárodního dosahu: Centrum výzkumu Řež, s.r.o. (www.cvrez.cz), Ústav aplikované mechaniky Brno s.r.o. (www.uam.cz ), Výzkumný a zkušební ústavPlzeň s.r.o.  (www.vzuplzen.cz ) a EGP Invest, spol. s r.o. (www.egpi.cz ) v Uherském Brodě.

www.ujv.cz  

Autor

• (red)