Akumulace energie je proces, který umožňuje ukládání přebytečné energie pro její pozdější využití. Tato technologie je zásadní zejména v kontextu rostoucího podílu obnovitelných zdrojů energie, jako jsou solární panely a větrné turbíny, jejichž výroba je závislá na povětrnostních podmínkách a často nesynchronní s okamžitou poptávkou.

Akumulace hraje klíčovou roli při vyrovnávání výkyvů mezi výrobou a spotřebou energie, zlepšuje stabilitu elektrických sítí a umožňuje efektivní integraci obnovitelných zdrojů do energetických systémů.

Proč je akumulace energie důležitá?

V tradičním energetickém systému jsou výroba a spotřeba energie téměř okamžitě propojeny – co se vyrobí, musí být okamžitě spotřebováno. To ale způsobuje problémy, zejména pokud je poptávka po elektřině vyšší nebo nižší než její výroba. Akumulace energie tuto rovnováhu narušuje ve prospěch flexibility. Přebytečná energie vyrobená například během slunečných dní může být uložena a použita večer nebo během oblačného počasí, kdy výroba klesá.

Tento princip má zásadní význam pro moderní energetiku, která se stále více spoléhá na obnovitelné zdroje. Bez možnosti ukládání energie by bylo obtížné efektivně využívat sluneční a větrnou energii, protože tyto zdroje nejsou dostupné nepřetržitě. Akumulace tedy nejen podporuje využívání čisté energie, ale také snižuje závislost na fosilních palivech a přispívá k ochraně životního prostředí.

Způsoby akumulace energie

Akumulace energie zahrnuje různé technologie, které lze rozdělit podle formy ukládané energie:

• Akumulace elektrické energie – tvoří nejčastěji bateriové systémy, které patří k nejčastěji používaným technologiím, které ukládají energii ve formě chemické energie a přeměňují ji zpět na elektřinu podle potřeby. Lithium-iontové baterie dominují díky vysoké účinnosti, dlouhé životnosti a schopnosti rychlé reakce.
• Tepelná akumulace – tato metoda využívá ukládání přebytečného tepla do vody, solí nebo jiných materiálů. Tepelná akumulace se často používá v solárních tepelných systémech, kde je energie ze slunce ukládána pro pozdější využití při vytápění nebo výrobě elektřiny.
• Mechanická akumulace – sem řadíme například přečerpávací vodní elektrárny, kdy přebytečná elektřina čerpá vodu do vyšší nádrže, odkud je později uvolňována a pohání turbíny. Případně setrvačníky, kdy je energie je uložena jako kinetická energie rotujícího setrvačníku a využita, když je potřeba rychlá dodávka elektřiny.
• Chemická akumulace – sem můžeme zahrnout například vodíkové systémy, kdy se přebytečná elektřina se používá k výrobě vodíku prostřednictvím elektrolýzy. Vodík lze skladovat a následně využít jako palivo nebo k výrobě elektřiny v palivových článcích.
• Tlaková akumulace  – sem řadíme například stlačený vzduch (Compressed Air Energy Storage, CAES) ukládá energii do stlačeného vzduchu v podzemních nádržích a využívá ho k výrobě elektřiny při uvolnění.

Aplikace akumulace energie v praxi a její výhody

Akumulace energie má široké využití v různých oblastech, které pomáhají zlepšit efektivitu, stabilitu a dostupnost energie. Díky technologickému pokroku jsou akumulační systémy stále častěji nasazovány v domácnostech, průmyslu i v rámci energetických sítí. Zde jsou hlavní oblasti, kde akumulace hraje klíčovou roli:

• Domácnosti – akumulace energie ze solárních panelů/solární elektrárny umožňuje pokrytí vlastní spotřeby i v době, kdy panely nevyrábějí, například v noci nebo při špatném počasí. Díky tomu mohou domácnosti snížit závislost na energetické síti a optimalizovat své náklady na energie.
• Průmysl – akumulační systémy slouží ke stabilizaci výroby a pokrytí špiček v poptávce. Umožňují také provoz záložních zdrojů energie při výpadcích, což je zásadní pro podniky s nepřetržitým provozem.
• Energetická síť – velkokapacitní bateriová úložiště nebo přečerpávací vodní elektrárny stabilizují síť při výkyvech mezi výrobou a spotřebou energie. Zajišťují také efektivní integraci obnovitelných zdrojů energie, jako je solární a větrná energie.
• Doprava – bateriové systémy zajišťují napájení elektromobilů, elektrických autobusů a vlaků. Akumulace energie umožňuje efektivní využití obnovitelných zdrojů i v dopravním sektoru, čímž přispívá ke snižování emisí.
• Veřejné budovy – nemocnice, školy a další instituce využívají akumulační systémy jako záložní zdroje energie, což zajišťuje nepřerušený provoz v případě výpadků elektřiny.

Výhody a nevýhody akumulace energie

Akumulace energie je klíčovým prvkem moderní energetiky, který přináší mnoho výhod. Nicméně je důležité zvážit i některé nevýhody, které tuto technologii provázejí.

Výhody akumulace energie:

• Stabilní dodávky – umožňuje vyrovnávat rozdíly mezi výrobou a spotřebou elektřiny. Přebytečná energie se ukládá a může být použita v době zvýšené poptávky, což zvyšuje stabilitu energetické sítě.
• Efektivní využití obnovitelných zdrojů – pomáhá ukládat energii ze solárních panelů nebo větrných turbín a využít ji, když není k dispozici přímá výroba, například v noci nebo při bezvětří.
• Energetická soběstačnost – domácnosti a podniky mohou díky akumulaci omezit svou závislost na externích dodavatelích energií a lépe zvládat výkyvy cen.
• Snížení emisí – umožňuje širší využití čisté energie z obnovitelných zdrojů, což vede k omezení potřeby fosilních paliv a ke snížení emisí skleníkových plynů.
• Záložní zdroje – akumulace slouží jako spolehlivý záložní zdroj energie při výpadcích nebo krizových situacích, což je klíčové pro nemocnice, datová centra nebo průmyslové podniky.
• Flexibilita – umožňuje efektivní řízení a decentralizaci energetiky, kdy systémy mohou být umístěny přímo tam, kde je energie nejvíce potřeba.

Nevýhody akumulace energie:

• Vysoké pořizovací náklady – moderní akumulační systémy, zejména bateriové, jsou stále finančně náročné, což může být překážkou pro širší implementaci.
• Omezená životnost – baterie mají omezený počet nabíjecích cyklů a jejich výkon se časem snižuje, což vyžaduje pravidelnou obnovu systému.
• Náročná recyklace – bateriové systémy obsahují vzácné a toxické materiály, jako je lithium nebo kobalt, jejichž recyklace je složitá a nákladná.
• Závislost na surovinách – výroba akumulačních systémů je závislá na těžbě vzácných kovů, což může vést k problémům s udržitelností a geopolitickou závislostí.
• Energetické ztráty – při procesu nabíjení a vybíjení může docházet k částečným ztrátám energie, což snižuje celkovou účinnost systému.

Budoucnost akumulace energie

Budoucnost akumulace energie je spjata s pokrokem v materiálových vědách, vývojem nových technologií a rostoucím zapojením obnovitelných zdrojů do energetického mixu. Například baterie nové generace, jako jsou sodíkové nebo pevné baterie, slibují vyšší účinnost, delší životnost a nižší závislost na vzácných surovinách, jako je lithium nebo kobalt.

Rostoucí využití vodíku jako média pro dlouhodobé skladování energie a jeho potenciál v průmyslu a dopravě představuje další významný krok v akumulaci energie. Další perspektivní technologie, jako jsou tepelné akumulace pomocí speciálních solí nebo kombinované systémy zahrnující více druhů akumulace, mohou přinést revoluci v tom, jak ukládáme a využíváme energii.

Akumulace energie je proto klíčovým nástrojem pro přechod na udržitelnější, decentralizovanou a bezpečnou energetiku, která bude schopná uspokojit rostoucí energetické potřeby moderní společnosti.