42 ELEKTRO 10/2012 inovace, technologie, projekty Vanadové redoxní baterie mají v energetice slibnou budoucnost Nový přístup k efektivnímu využívání stá-le rostoucích dodávek elektřiny z obnovitel-ných zdrojů nebude snadný a bude mj. vy-žadovat také hodně nových odborníků, na jejichž výchovu se již mnohé německé uni-verzity a odborné vysoké školy cíleně při-pravují. Příkladem může být odborná vyso-ká škola pro aplikované vědy Ostfalia v dol-nosaském městě Wolfenbüttel. Pro zlepšení kvality výuky studentů v oboru energetiky postavila fakulta zásobovací techniky v areálu vysoké školy Energetický park obnovitel-ných energií, který pod vedením profesora Dr. Ekkeharda Boggasche provozuje Labora-toř elektrotechniky a obnovitelné energetiky. Součástí energetického parku je několik de-centrálních zdrojů obnovitelné energie s vý-konem několika kilowattů (dvě fotovoltaická zařízení, větrná turbína, bioplynová kogene-rační jednotka) a několik akumulačních sys-témů pro uskladnění elektrické energie, kte-ré tvoří model malé „ostrovní“ inteligentní rozvodné sítě, výhledově určený i k zajištění základní energetické potřeby vysoké školy.V sousedství již zdaleka viditelné větrné turbíny se např. nachází elektrolyzér na vý-robu vodíku s příslušným zásobníkem vyro-beného plynu. Ten může elektrickou energii, vyrobenou během dne při příznivých pově-trnostních podmínkách (vítr, slunce), v in-stalovaných obnovitelných zdrojích chemic-ky akumulovat v podobě vodíku. V případě potřeby bude vodík pomocí jednotky palivo-vých článků, která je v energetickém parku rovněž k dispozici, znovu přeměněn na elek-trický proud, který bude předán do rozvodné sítě. Se stále se rozšiřujícím připojováním ob-novitelných zdrojů energie do elektrické roz-vodné sítě bude bude kolísat nabídka elektric-kého výkonu, s čímž se budou muset inteli-gentní rozvodné sítě, označované jako Smart Grid, aktivně vyrovnávat.Koncem minulého roku získal energetic-ký park další důležitý doplněk – průtokovou vanadovou redoxní baterii (VRB – Vanadium Redox Battery) o výkonu 5 kW s kapacitou asi 50 kW · h, kterou vyrobila kanadská fir-ma Prudent Energy ve svém závodě v Číně. Odtud byla baterie vestavěná ve speciálním kontejneru o hmotnosti 5 t dopravena dlou-hou námořní cestou do Hamburku a dále pak po souši do Wolfenbüttelu, 12 km jižně od Braunschweigu. Na připravenou betono-vou základovou plošinu za budovou fakulty zásobovací techniky musel kontejner s bate-rií umístit těžkotonážní jeřáb (obr. 1) [1]. Fi-nanční prostředky na pořízení vanadové re-doxní baterie získala odborná vysoká škola Ostfalia v rámci projektu Spolkového minis-terstva pro vzdělání a výzkum (BMBF) s ná-zvem Kvalifikování inženýrského dorostu na odborných vysokých školách, na kterém se aktivně podílí. Uvedení vanadové redoxní baterie do provozu se zúčastnil Tom Tipple, viceprezident výrobní firmy Prudent Energy, který si nenechal tuto příležitost ujít a přiletěl z Londýna právě jen na tuto akci. Po několi-ka hodinách nabíjení proudem přesahujícím 100 A baterie ihned bez problémů fungovala s garantovanými parametry.Vanadová redoxní baterie (obr. 2) je aku-mulátorová průtočná baterie, která elektric-kou energii akumuluje v chemické podobě [2]. Využívá k tomu ionty vanadu v různých oxidačních stavech, které jsou rozpuštěny ve zředěné kyselině sírové ve dvou elektroly-tech s různým redoxním potenciálem a jsou uskladněny ve dvou samostatných velkoob-jemových zásobnících. Součástí baterie je elektrochemický článek, kterým elektroly-ty nuceně protékají a v němž probíhají vrat-né redukčně-oxidační (redoxní) reakce, při nichž se chemická energie mění na elektric-kou a naopak. V tekutém elektrolytu, oboha-ceném ionty vanadu s různým nábojem, lze akumulovat velká množství elektrické ener-gie, omezená jen objemem zásobníků. Průto-kové elektrochemické baterie s redoxní tech-nologií jsou považovány za klíčová technic-ká zařízení pro akumulaci elektrické energie v rozvodných sítích, do kterých jsou zapojeny decentrální zdroje obnovitelné energie se sil-ně kolísajícím výkonem, protože oproti kon-venčním olověným nebo lithium-iontovým bateriím mají mnoho specifických předností. Především jde o velkou účinnost (až 85 %), schopnost reagovat velmi rychle na výky-vy zatížení v síti, zanedbatelné samovybíje-ní, bezpečnost a modularitu. Jejich kapacita je téměř neomezená a záleží jen na velikos-ti nádrží s elektrolytem. Zatím největší zná-mé instalované baterie mají výkon přibližně 500 kW a kapacitu více než 5 MW · h. Bez zajímavosti není, že se kanadská firma Pru-dent Energy, přední světový výrobce vana-dových redoxních baterií, snaží prostřednic-tvím Jihomoravského inovačního centra JIC [3] v rámci evropského transferu technologií brzy vstoupit i na český trh.Výuka na fakultě zásobovací techniky odborné vysoké školy Ostfalia se specia-lizuje na technologie určené ke stabilizaci elektrických rozvodných sítí a na problema-tiku akumulace elektrické energie, zejména Ing. Karel KabešPo rozhodnutí německé vlády o odklonu od jaderné energetiky a ukončení provozu exis-tujících jaderných elektráren do roku 2022 vzrostl v Německu výrazně zájem o efektiv-ní využití obnovitelných zdrojů energie a jejich začlenění do přenosové a distribuční energetické infrastruktury s respektováním jejich nestálého a na povětrnostních pod-mínkách závislého výkonu. Podle odborníků si v budoucnu budeme muset zvyknout na to, že se výroba elektrického proudu nebude řídit podle odběru, ale naopak odběr se bude muset přizpůsobit vyráběnému množství proudu. Pro zajištění vyváženého stavu v rozvodné síti, tedy rovnováhy mezi okamžitou výrobou a spotřebou proudu, význam-ně vzroste úloha akumulačních jednotek, kam bude možné dočasné přebytky elektric-ké energie ukládat.Obr. 1. Jeřáb usazuje kontejner s vanadovou redoxní baterií na připravenou základovou desku (foto: Ostfalia)Obr. 2. Vanadová redoxní baterie o výkonu 5 kW je včetně plastových nádrží na elektrolyt vestavěna v kompaktním kontejneru (foto: Ostfalia)