Akumulace do vodíku je technicky reálná, ale zatím nákladná

Domácnosti a firmy mohou uvažovat o akumulaci do vodíku, ale…

Systémy pro akumulaci vodíku se standardně skládají ze zdroje elektrické energie (většinou fotovoltaické elektrárny), zařízení na předúpravu vody, zařízení na výrobu vodíku (zpravidla elektrolyzér – většinou PEM či AEM), systém sušení a dočištění vodíku, dusíkové hospodářství (kvůli inertizaci z důvodu údržby), kompresoru, systému skladování vodíku a palivového článku (většinou PEM), který zpětně z chemické reakce vodíku a vzduchu vyrobí elektrickou energii a teplo. Alternativou k palivovému článku může být motorová kogenerace. Jako odpad vzniká kyslík a demineralizovaná voda. Součástí takového systému bude s velkou pravděpodobností i menší baterie k optimalizaci provozu elektrolyzéru a palivového článku.

Z výše zmíněného vyplývá, že se nejedná o zcela jednoduché zařízení o dvou komponentech, nýbrž systém několika komponent, které spolu musí vzájemně komunikovat. Vzhledem k účinnosti výroby vodíku elektrolýzou a následného zpětného přetvoření vodíku na elektrickou energii je navíc nutné počítat s tím, že při nevyužití odpadního tepla (které vzniká jak při výrobě vodíku, tak při zpětné výrobě elektrické energie), jsou energetické ztráty v celkovém procesu okolo 70 %. Na druhou stranu při sezónním skladování může být teplo vyráběné palivovým článkem využito k vytápění, což samo o sobě celkovou účinnosti zvýší. Systémy skladování vodíku navíc netrpí samovybíjením, protože úniky vodíku jsou v průběhu roku minimální. Úměrně k účinnosti je navíc potřeba počítat s tím, že vodík má oproti zemnímu plynu horší poměr energie uskladněné na jednotku objemu. V praxi obsahuje 1 m3 vodíku přibližně 3 kWh, zatímco 1 m3 zemního plynu přibližně 10 kWh. To si žádá zvýšené nároky na skladování, pro které musí mít uživatel dostatek prostoru. Vzhledem k tomu, že se navíc jedná o vyhrazená plynová zařízení, je potřeba počítat s jejich pravidelnou revizí a odpovídající údržbou. Klíčové jsou také předpoklady pro množství energie, kterou potřebuje uživatel z vodíku přetvořit zpět na elektřinu a teplo a v jakém výkonu. Větší palivový článek může v současnosti řešení výrazně prodražit.

Cena řešení se liší, jak podle schopnosti akumulovat určité množství energie, tak schopnosti přetvořit uložený vodík zpět na elektrickou energii a teplo. Například řešení schopné uskladnit až 5 MWh energie skrze elektrolýzu do vodíku, s elektrolyzérem o výkonu 30 kW a palivovým článkem o výkonu okolo 20 kW (elektrických z palivového článku) vyjde stran technologie na přibližně 8 milionů korun bez DPH. I proto je vhodné o takovýchto systémech uvažovat především při potřebě skladovat větší množství energie a sezónně.

Pro svou komplexnost je vhodné o akumulaci do vodíku uvažovat v případě, že:

• Jste inovativní firma, baterie pro vás nejsou řešením, protože vaše FVE výkonově jen trochu převyšuje to, co jste schopni sami spotřebovat od jara na podzim, a máte využití pro akumulovanou energii především sezónně od podzimu do jara
• Máte domácnost, ve které chcete žít nízkoemisně i v zimě, na domě máte FVE, dostatek prostoru, financí a žijete v oblasti, kde se nelze napojit na distribuční soustavu
• Máte využití pro nízkopotenciální odpadní teplo vznikající výrobou vodíku a následnou zpětnou výrobou elektřiny v palivovém článku například pro tepelné čerpadlo
• Jste firma, která má nainstalované FVE, uvažující o výstavbě lokální plnicí stanice ve svém areálu a akumulace do vodíku vám může zaručit částečné pokrytí vašich požadavků na provoz vodíkových automobilů (třeba dodávek či autobusů nebo kamionů). Toto řešení ale zpravidla bude vyžadovat i napojení na distribuční soustavu, protože FVE nezvládnou pokrýt potřeby mobility od podzimu do jara. Plnicí stanice navíc sama o sobě může být nákladná.

Takto realizované systémy mohou vést k dosažení i úplného ostrovního režimu, který je nezávislý na distribuční soustavě. Naopak v případě akumulace elektřiny o menších objemech, které pomáhají maximalizovat využití elektřiny z fotovoltaických elektráren tak, aby nedocházel k maření této energie v krátkých intervalech, je vhodné vždy uvažovat o bateriových systémech. Obzvláště výhodné jsou baterie v případě potřeby získat relativně hodně energie v krátké době. Navzdory tomu, že bateriové systémy i nadále pokračují v trendu klesajících cen (v roce 2025 není problém sehnat systém za přibližně 140 € za kWh), může být vodíkové řešení levnější. Při hypotetickém scénáři 5 MWh bateriového systému pak cena vyjde na přibližně 17,5 milionu korun. Výhodou je nicméně využitelnost uskladněné energie, která je v baterii uskladněna v podobě elektrické energie, tedy typu energie s nejjednodušším využitím. V konečném důsledku tak 5 MWh bateriový systém uskladní vlivem vyšší účinnosti více užitné energie než vodíkový (v případě, že nemáme využití pro teplo). I tak je ale nutné pamatovat, že baterie standardně pro sezónní skladování nejsou navrženy, dochází k jejich samovybíjení, a tak se hodí spíše jako nástroj pro krátkodobou akumulaci. Jejich potenciál je pak o to větší v případě napojení na distribuční soustavu.

Vodíkové řešení se zpravidla ke krátkodobé akumulaci nehodí, a tak ani nelze předpokládat, že bude toto řešení v příštích letech velmi často nasazováno, a to zejména pro svou vysokou cenu. Odpojení od sítě zkrátka nese své náklady a v případě, že ostrovní systém neřeší emise skleníkových plynů nemá důvod uvažovat nad nákladným vodíkovým řešením oproti využití například dieselových agregátů.

Akumulace do vodíku na úrovni elektrizační soustavy

Kromě výše zmíněné akumulace pro firmy a domácnosti se akumulace do vodíku skloňuje ještě v kontextu stále se častěji vyskytujících nulových či záporných (vlivem provozních podpor) cen na denních trzích. To je navíc podtrženo stále se zvyšujícím se množstvím energie, která je mařena, protože pro ní není dostatek kapacity v elektrizační soustavě či dostatek poptávky v daný moment. Myšlenka stavět dnes elektrolyzéry, které vyrábí vodík pouze v době nízkých cen, či ulevují elektrizační soustavě od omezování výroby obnovitelných zdrojů, je ale dávno vyvrácenou chimérou. Takto vyráběný vodík:

• Nemá šanci potkat s poptávkou tzv. ‚‚on time‘‘ (možná v budoucnu ano, až bude zprovozněna přepravní vodíková soustava)
• Je příliš drahý, protože samotný elektrolyzér je příliš nákladný na výstavbu (více než 3000 € za kW)

Protože jsou elektrolyzéry nákladná zařízení je cílem každého investora maximalizovat jejich utilizaci, to znamená získat z tohoto kusu hardwaru co největší užitek. Když bychom si do toho ještě přičetli, že investor bude chtít na elektrolyzér získat dotaci, kvůli níž bude muset plnit složitá pravidla výroby obnovitelného vodíku, které si Evropská unie stanovila, návratnost je mizivá. I proto akumulace do vodíku začne potenciálně dávat smysl až bude k dispozici vodíková plynovodní soustava a jen za předpokladu, že bude vodík vhodně regulatorně podpořen. I nadále lze v blízké i střednědobé budoucnosti očekávat dominanci baterií v sektoru akumulace. Elektrolyzéry se nicméně časem mohou stát cenným zařízením pro některé ze služeb výkonové rovnováhy, ostatně již dnes jsou schopné flexibilně (podle typu technologie) operovat ve výkonech od 20 až po více jak 100 % v řádu sekund.

Mgr. Jan Sochor, seniorní analytik vodíkových technologií

Česká vodíková technologická platforma