Spojené státy se zavázaly snížit emise skleníkových plynů v příštím desetiletí o polovinu a za tímto cílem jdou cestou obnovitelných zdrojů energie. Při využití fotovoltaiky a větrných elektráren ale musí řešit problém s kolísáním výkonu během dne a noci, aby nedocházelo v rozvodné síti k výpadkům nebo naopak přetížením. Jakými způsoby lze dodávky elektrické energie stabilizovat?
Vzhledem k rozsáhlému území USA využívají tamní správci rozvodných sítí v první řadě možnost převést energii mezistátně tam, kde je po ní v danou chvíli zvýšená poptávka.
Druhým způsobem regulace je přímé ovlivňování odběru ze sítě (anglicky demand-side management), které se v principu trochu podobá využívání takzvaného “nočního proudu” v Česku. Obě tyto metody ale řeší pouze situaci, kdy fotovoltaika a větrné turbíny pracují naplno a dodávají elektřiny nadbytek.
Když moderní baterie nestačí
Ve chvílích, kdy slunce nesvítí a vítr nefouká, je potřeba mít energetickou rezervu uloženou v dostupné formě. Jednou variantou je použití velkokapacitních baterií. Technologie dobíjecích akumulátorů jde kupředu mílovými kroky, protože jsou základním stavebním kamenem úspěšné elektromobility a nacházejí čím dál častější uplatnění i v domácnostech. Přesto ale zatím nedosahují takových kvalit, aby zvládly uchovat významnější množství energie.
Momentálně nejvíce využívaným způsobem uložení přebytečné energie tak zůstávají přečerpávací vodní elektrárny, jejichž historický základ sahá až k první vodou poháněné turbíně, uvedené do provozu T. A. Edisonem v roce 1882 v americkém Appletonu. Jako energetické rezervoáry se přečerpávací elektrárny využívají na půdě Spojených států od roku 1920, a dnes se v nich ukrývá 93 % kapacity pro ukládání energie v USA.
V současnosti tato čísla odpovídají uložení 553 GWh potenciálního výkonu prostřednictvím 43 přečerpávacích elektráren, které dosahují instalované kapacity kolem 22 GW (to je maximální množství energie, které mohou v jednom okamžiku dodávat do sítě).
Energie uložená ve vodě a převýšení
Přečerpávací elektrárny jsou v základním principu jednoduché. Sestávají vždy ze dvou vodních nádrží (případně z nádrže a řeky), z nichž jedna je položená výše v terénu. Ve chvíli, kdy je potřeba zpracovat přebytek elektrické energie ze sítě, se s pomocí výkonných čerpadel voda napumpuje do horní nádrže. Tam zůstává až do chvíle, kdy je třeba elektřinu znovu do rozvodné sítě dodat.
Jakmile tedy například poklesne výkon fotovoltaiky ve večerních hodinách a hrozí výpadky proudu, vypustí se voda z horní nádrže přes soustavu turbín zpátky dolů. Roztáčením turbín se přitom generuje elektrický proud stejně, jako u běžné vodní elektrárny. Takový přečerpávací cyklus může elektrárna provádět opakovaně každý den.
Technologie šetrná k životnímu prostředí
Přečerpávací elektrárny mohou být kontroverzní v případě, kdy svým fungováním zasahují do přirozených toků řek, nebo dokonce potřebují pro dostatečný přísun vody budování nových přehrad. Obavy z negativního vlivu na ekosystém jsou v takové chvíli opodstatněné.
Nové výstavby přečerpávacích elektráren berou v úvahu všechny dopady na životní prostředí, a tak se u nich preferuje takzvaná “uzavřená smyčka”, při které se voda pohybuje stále dokola mezi dvěma nádržemi, aniž by přitom zasahovala do jakýchkoliv vodních toků.
Takový projekt aktuálně vzniká například v Bell County ve státě Kentucky. Jako jeden z rezervoárů využívá starý povrchový uhelný důl, stačí tedy vybudovat propojení s druhou vodní plochou a nainstalovat čerpadla a generátory, což by mělo představovat jen minimální zásahy do krajiny.
USA na 100% obnovitelných zdrojích
V posledních letech se ve Spojených státech nebudovaly téměř žádné nové přečerpávací elektrárny. Situace se ale rozhodně změní, protože současná administrativa plánuje stále větší podíl solárních a větrných elektráren na energetickém mixu.
Jen v roce 2020 byly tři čtvrtiny nově instalovaného výkonu pokryty právě obnovitelnými zdroji, a proto bude nutné nějak kompenzovat výkyvy v dodávkách, které fotovoltaika a větrné turbíny způsobují.
I z toho důvodu vznikla mapa vhodných míst pro budování přečerpávacích elektráren s uzavřenou vodní smyčkou. Ukázalo se přitom, že by bylo možné uložit tímto způsobem dostatek energie pro úplný přechod USA na obnovitelné zdroje.
Otázkou zůstává, jestli světová velmoc svůj potenciál v tomto směru využije, a kdy se tak stane.
