Elektrickú energiu nemusíme ukladať iba do klasických batérií. Spoločnosť Energy Vault vyvíja technológiu, ktorá využíva gravitáciu a desiatky ton vážiace bloky. Prvé veľkokapacitné zariadenie už postavila v Číne a ďalšie projekty pripravuje aj v Afrike. Gravitačné batérie sľubujú desaťročia prevádzky bez degradácie samotného úložného materiálu.
S rastúcim počtom solárnych a veterných elektrární sa čoraz dôležitejšou otázkou stáva skladovanie elektriny. Slnko totiž nesvieti nepretržite a vietor nefúka vždy, keď ho potrebujeme. Energetické siete preto musia dokázať ukladať prebytočnú elektrinu a následne ju využívať v čase zvýšenej spotreby alebo nedostatočnej výroby. Klasické lítiové batérie sú jednou z možností, no existujú aj alternatívy, ktoré fungujú na úplne odlišných fyzikálnych princípoch.
Jednu z nich vyvíja americká spoločnosť Energy Vault. Namiesto chemických článkov využíva obyčajnú gravitáciu a sústavu mimoriadne ťažkých blokov, ktoré sa pohybujú vo veľkej konštrukcii pripomínajúcej priemyselnú budovu. Celý systém funguje ako mechanická batéria, ktorá dokáže elektrinu uskladniť na niekoľko hodín a podľa potreby ju opäť dodávať do siete.
Ako funguje batéria využívajúca gravitáciu?
Základný princíp je prekvapivo jednoduchý. Keď elektráreň vyrába viac elektriny, než sieť práve potrebuje, prebytočná energia poháňa elektromotory, ktoré zdvíhajú desiatky ton vážiace bloky do vyšších poschodí konštrukcie. Tým sa elektrická energia premieňa na gravitačnú potenciálnu energiu, ktorá zostáva uložená v zdvihnutých blokoch.
Keď sa situácia obráti a elektriny je nedostatok, systém začne bloky kontrolovane spúšťať nadol. Ich hmotnosť poháňa mechanizmus spojený s generátorom, ktorý premieňa pohyb späť na elektrickú energiu. Bloky tak možno opakovane zdvíhať a spúšťať podľa aktuálnych potrieb energetickej siete.
V novšom systéme EVx sa bloky nepremiestňujú pomocou klasických stavebných žeriavov, ako to bolo pri pôvodných konceptoch spoločnosti. Namiesto nich využíva uzavretú konštrukciu s výťahovými mechanizmami a horizontálnou prepravou závaží. Počítačový systém koordinuje ich pohyb tak, aby bolo možné priebežne regulovať výkon a optimalizovať využívanie uloženej energie.
Zaujímavé je, aké obrovské hmotnosti sú na takýto spôsob skladovania potrebné. Napríklad zdvihnutie 30-tonového bloku do výšky 100 metrov predstavuje teoreticky iba približne 8,2 kWh potenciálnej energie. Na vytvorenie veľkokapacitného úložiska sú preto potrebné tisíce pohybov ťažkých blokov, vysoké konštrukcie a rozsiahly mechanický systém.
Prvé veľké zariadenie už postavili v Číne
Najvýznamnejším praktickým príkladom je gravitačné úložisko EVx v čínskom Rudongu, v provincii Jiangsu, neďaleko Šanghaja. Zariadenie bolo postavené v blízkosti veternej elektrárne a je pripojené k čínskej energetickej sieti. V decembri 2023 dokončilo pripojenie k sieti a v máji 2024 spoločnosť oznámila úspešné testovanie a uvedenie systému do prevádzky.
Úložisko dosahuje výkon 25 MW a kapacitu 100 MWh, čo znamená, že pri plnom výkone dokáže teoreticky dodávať elektrinu približne štyri hodiny. Jeho úlohou je pomáhať s vyrovnávaním výroby z obnoviteľných zdrojov a spotreby elektriny. Ide o jedno z prvých komerčne veľkých zariadení svojho druhu, ktoré využíva zdvíhanie pevných závaží namiesto prečerpávania vody.
Podľa údajov Energy Vault dosiahol systém pri testovaní účinnosť približne 83 %. To znamená, že z elektriny spotrebovanej na zdvíhanie blokov dokáže pri ich spúšťaní získať späť približne 83 %. Zvyšok sa stratí pri mechanickom pohybe, v motoroch, generátoroch a ďalších súčastiach systému. Účinnosť je teda porovnateľná s niektorými ďalšími veľkokapacitnými úložiskami, hoci dlhodobé prevádzkové výsledky budú dôležité pre overenie jej udržateľnosti.
Výrobca zároveň počíta so životnosťou najmenej 35 rokov. Samotné bloky totiž nepodliehajú chemickému starnutiu ako články v bežných batériách. Samozrejme, mechanické súčasti, ložiská, laná, elektromotory či generátory budú počas prevádzky vyžadovať údržbu a prípadné výmeny.
Nové projekty chcú využívať aj odpadové materiály
Energy Vault sa už neobmedzuje iba na Čínu. V máji 2026 podpísala spoločnosť dohodu s juhoafrickým energetickým podnikom Eskom o vývoji gravitačného úložiska v areáli bývalej uhoľnej elektrárne Hendrina. Prvá plánovaná inštalácia má rovnako ponúknuť výkon 25 MW a kapacitu 100 MWh, pričom ide o súčasť širších zámerov rozvoja tejto technológie v južnej Afrike.
Novšia generácia EVx 2.0 má zároveň využívať bloky vyrobené čiastočne z odpadových materiálov, napríklad z popolčeka vznikajúceho pri spaľovaní uhlia. Jednotlivé bloky môžu vážiť 25 až 30 ton. Takéto riešenie by mohlo znížiť spotrebu nových surovín a zároveň nájsť využitie pre priemyselný odpad, ktorý by inak bolo potrebné skladovať alebo likvidovať.
Zaujímavá je aj možnosť využívania existujúcej infraštruktúry. Gravitačné úložiská totiž nemusia fungovať výhradne vo vysokých budovách. Podobný princíp možno využiť v hlbokých banských šachtách, kde by sa závažia spúšťali stovky metrov pod zem. Iným riešením sú systémy pracujúce s vodou, ktoré už desaťročia poznáme v podobe prečerpávacích vodných elektrární. Práve tie sú dôkazom, že skladovanie energie pomocou gravitácie nie je novým objavom, ale osvedčeným fyzikálnym princípom.
Dokážu gravitačné batérie konkurovať lítiovým?
Najväčšou výhodou gravitačných batérií je dlhá životnosť úložného média a možnosť využívať relatívne bežné materiály. Na rozdiel od klasických batérií nepotrebujú na samotné skladovanie energie lítium ani iné aktívne elektrochemické materiály. Zároveň nehrozí tepelný únik spôsobený chemickou reakciou v batériových článkoch a energia uložená vo zdvihnutých blokoch sa časom sama nevybíja.
Technológia má však aj zásadné nevýhody. Predovšetkým vyžaduje veľké množstvo materiálu a rozsiahlu konštrukciu, ktorá musí bezpečne zvládať pohyb obrovských hmotností. Samotná gravitácia totiž umožňuje uložiť na kilogram materiálu len pomerne malé množstvo energie. Výstavba je preto náročná na priestor, stavebné práce aj počiatočné investície.
Ďalším problémom je konkurencia klasických batérií, ktorých ceny v posledných rokoch výrazne klesli. Lítiové úložiská sa vyrábajú vo veľkých sériách, možno ich pomerne rýchlo inštalovať a zaberajú podstatne menej priestoru. Gravitačné batérie tak musia svoje výhody dokazovať najmä pri dlhodobej prevádzke, kde by ich vyššia životnosť a menšia degradácia mohli vyvážiť náklady na výstavbu.
Rozhodujúce pritom nebude iba to, koľko elektriny dokážu uskladniť, ale aj celkové náklady na jednu megawatthodinu dodanú počas celej životnosti zariadenia. Do výpočtu vstupujú investície, účinnosť, náklady na údržbu, počet nabíjacích cyklov aj financovanie projektu. Zatiaľ preto nemožno jednoznačne tvrdiť, že gravitačné úložiská budú lacnejšie než moderné batérie.
Gravitačné batérie napriek tomu predstavujú zaujímavú alternatívu, predovšetkým pre veľké energetické siete a lokality s dostatkom priestoru. Nemusia úplne nahradiť chemické batérie, ale môžu ich dopĺňať pri každodennom presúvaní energie z obdobia nadmernej výroby do času zvýšenej spotreby. Projekty ako ten v čínskom Rudongu ukazujú, že technológia funguje aj mimo experimentálnych laboratórií. Nasledujúce roky ukážu, či sa jej podarí presadiť aj vo väčšom komerčnom meradle.
gravitačné batérie Energy Vault EVx EVx 2.0 Rudong skladovanie elektriny obnoviteľné zdroje elektriny Eskom
Komentáre