Predstav si závažie ťažké ako stovky osobných áut. Visí na oceľovom lane stovky metrov pod zemou a čaká na svoj okamih. Keď je elektriny nadbytok, motory ho vytiahnu nahor. Keď ju sieť potrebuje, gravitácia urobí zvyšok. Závažie sa spustí dole a začne vyrábať elektrinu.

Neznie to ako moderná energetika 21. storočia. Práve naopak. Čoraz viac odborníkov však verí, že práve gravitácia môže pomôcť vyriešiť jeden z najväčších problémov obnoviteľných zdrojov, ktorým je ukladanie energie. A Slovensko, vzhľadom na svoj potenciál, by na tom mohlo výrazne profitovať.

Po ukončení ťažby uhlia zostali na Slovensku rozsiahle podzemné priestory, ktoré dnes nemajú jasné využitie. Najmä región Hornej Nitry hľadá nové smerovanie po zatváraní baní v Novákoch a Handlovej.

Práve takéto lokality však pútajú pozornosť výskumníkov aj technologických firiem. Hlboké šachty totiž predstavujú niečo, čo by bolo dnes extrémne drahé vybudovať od nuly.

Majú potrebnú hĺbku, existujúcu infraštruktúru a často aj energetické prípojky. To všetko sú predpoklady pre vznik takzvaných gravitačných úložísk energie.

Ako funguje banská batéria

Princíp je prekvapivo jednoduchý. Keď solárne elektrárne alebo veterné turbíny vyrábajú viac elektriny, než sieť aktuálne potrebuje, prebytočná energia sa využije na pohon elektromotorov. Tie vytiahnu obrovské závažie nahor šachtou. Elektrina sa tak premení na potenciálnu energiu.

V čase, keď výroba zo slnka alebo vetra klesne, závažie sa začne kontrolovane spúšťať späť dole. Pohyb roztočí generátor, ktorý vyrába elektrinu pre sieť. V podstate ide o mechanickú batériu. Namiesto chemických reakcií využíva fyziku, ktorú poznáme od čias Isaaca Newtona.

Najväčším konkurentom gravitačných úložísk sú dnes lítiovo-iónové batérie. Tie však majú jednu zásadnú nevýhodu – starnú. Po určitom počte nabíjacích cyklov postupne strácajú kapacitu. Gravitačné systémy fungujú inak. Ich základ tvoria oceľové laná, elektromotory, generátory a závažia. Neobsahujú lítium, kobalt ani ďalšie kritické suroviny.

Výrobcovia hovoria o životnosti presahujúcej 50 rokov bez výraznej straty úložnej kapacity.

Výhodou je aj rýchlosť reakcie. Na rozdiel od chemických batérií, ktorým prudké výkyvy a rýchle vybíjanie skracujú životnosť, mechanický systém zvládne bleskovú stabilizáciu siete bez akéhokoľvek opotrebenia. Účinnosť gravitačných úložísk sa pritom podľa dostupných údajov pohybuje na úrovni približne 80 až 85 percent, čo je porovnateľné s modernými batériovými systémami.

Gemini

Prečo radšej baňa ako vodná priehrada?

Princíp gravitačného ukladania energie nie je na Slovensku žiadnou novinkou. Na rovnakom základe funguje aj najväčšia slovenská prečerpávacia vodná elektráreň Čierny Váh. Keď je elektriny prebytok, voda sa čerpá do vyššie položenej nádrže. Keď ju sieť potrebuje, voda tečie späť dole cez turbíny.

Výstavba takýchto zariadení je však extrémne náročná na financie, čas aj zásahy do krajiny. Potrebné sú rozsiahle vodné nádrže, vhodný horský terén a zložitý povoľovací proces.

Banská batéria má v tomto veľkú výhodu. Nepotrebuje nové priehrady ani zaplavovanie údolí. Využíva priestory, ktoré už existujú a ktoré vznikli počas desaťročí ťažby. Namiesto budovania novej infraštruktúry dáva druhý život tej starej.

Technológia už nie je len na papieri

Najznámejším hráčom v tejto oblasti bol škótsky startup Gravitricity, ktorý však v októbri minulého roka potichu vstúpil do likvidácie. Firma však v roku 2021 úspešne otestovala demonštračný systém v Edinburghu. Išlo síce len o 15-metrový prototyp, no potvrdil, že koncept dokáže fungovať aj v praxi.

Myšlienka podzemných úložísk však žije ďalej. Ostatné technologické firmy sa poučili a stavili na flexibilnejšie prístupy; namiesto jedného obrieho bloku využívajú modulárne systémy.

Austrálsky startup Green Gravity na to ide inak. Využíva princíp „vertikálneho vlaku“. Namiesto jedného 500-tonového závažia posielajú do starých banských šácht stovky menších, ťažkých valcových telies, ktoré sa pohybujú nezávisle od seba. Čo tým vlastne rieši? Výrazne sa tým znižuje napätie na lanách a v prípade poruchy jedného motoru systém funguje ďalej.

Firma pred pár mesiacmi uzavrela prelomovú zmluvu a získala povolenie na výstavbu a spustenie prvého plnohodnotného podzemného testu v uhoľnej bani Russell Vale v Novom Južnom Walese (Austrália). Využívajú tam existujúcu infraštruktúru, ktorú menia na mechanickú batériu s garantovanou 24-hodinovou dodávkou prúdu.

Baňa Russell Vale, šachta č. 4. | Zdroj: Green Gravity

Ak chceme vidieť funkčné gravitačné úložisko v plnej komerčnej prevádzke, musíme sa pozrieť – ako inak – do Číny. Spoločnosť Energy Vault drží v tejto oblasti absolútny svetový primát. V čínskom meste Rudong úspešne pripojili k štátnej sieti gigantické gravitačné úložisko s kapacitou 100 megawatthodín (MWh).

Nejde síce o baňu, ale o obrovskú 30-poschodovú budovu (pripomínajúcu hi-tech sklad), kde automatizované žeriavy riadené umelou inteligenciou presúvajú 25-tonové bloky vyrobené zo stlačenej zeminy a odpadových materiálov. Keď fúka vietor, žeriavy ukladajú bloky hore. Keď je špička, gravitácia ich spúšťa dole a generuje prúd.

Tento čínsky projekt definitívne dokázal, že fyzika funguje aj v komerčnom meradle a prepojenie gravitačného konceptu s podzemnými šachtami je logickým evolučným krokom, na ktorom sa momentálne pracuje po celom svete.

Drahšie na začiatku, lacnejšie na desaťročia

Na prvý pohľad sa môže zdať, že lítiové batérie majú navrch. Ich tvorba býva jednoduchšia a často aj lacnejšia. Pri pohľade na celé desaťročia prevádzky sa však situácia mení.

Chemické batérie postupne degradujú a približne po 10 až 15 rokoch si vyžadujú rozsiahlu obnovu alebo výmenu. Gravitačné systémy síce potrebujú vyššiu počiatočnú investíciu, najmä na rekonštrukciu šachty a inštaláciu technológie, no následné prevádzkové náklady sú výrazne nižšie.

Práve preto viaceré analýzy naznačujú, že pri horizonte 40 až 50 rokov môžu byť gravitačné úložiská ekonomicky výhodnejšie než rozsiahle lítiové farmy.

Bing Image Creator

Ktoré slovenské bane dávajú najväčší zmysel

Najväčšie šance na úspech má región Hornej Nitry, ktorý od roku 2023 – po definitívnom ukončení ťažby v bani Nováky – prechádza masívnou transformáciou. Na premenu tohto uhoľného regiónu je z fondov Európskej únie vyčlenených až 226 miliónov eur.

Miestny banský systém v Novákoch a Handlovej je mimoriadne rozsiahly a hoci sa s ním aktuálne uvažuje najmä ako so zásobníkom tepla, priemyselným parkom či základňou pre novú fotovoltiku na odkalisku, podzemné šachty sú ideálnym kandidátom na technologický reštart.

Práve tu však vzniká jedna z najväčších technických výziev. Po zastavení ťažby sa v podzemí prestáva mechanicky odčerpávať voda a priestory sa postupne prirodzene zaplavujú. Pre klasické gravitačné úložiská to predstavuje veľkú komplikáciu. Pohyb niekoľkostotonového telesa vo vode totiž vytvára enormný hydrodynamický odpor, ktorý dramaticky znižuje účinnosť celého systému.

TASR/Radovan Stoklasa

Riešením by mohol byť koncept UGES (Underground Gravity Energy Storage), ktorý v štúdii z roku 2023 predstavil Medzinárodný inštitút pre aplikovanú systémovú analýzu (IIASA). Tento vedcami navrhnutý systém nepočíta s jedným veľkým kovovým telesom, ale so skladovaním energie pomocou piesku, ktorý sa kontrolovane sype do šácht a v hlbokých baniach tak dokáže fungovať aj v náročnejších podmienkach. Prípadne inžinieri navrhujú izolované šachtové systémy s puzdrami, ktoré technológiu od vody kompletne oddelia.

Ešte fascinujúcejší potenciál sa skrýva v historických revíroch v okolí Banskej Štiavnice, Kremnice či Hodruše-Hámrov. Napríklad pod samotnou Banskou Štiavnicou sa nachádza gigantický labyrint s viac ako 300 kilometrami štôlní, ktoré sú rozdelené do 17 poschodí a siahajú až do hĺbky 900 metrov pod povrch.

Hoci sú tieto historické chodby dnes z veľkej časti zatopené, ich obrovský objem a vertikálny spád znamenajú, že lokality považované za definitívne uzavretú kapitolu našej histórie majú ideálne anatomické predpoklady na to, aby sa premenili na hi-tech úložiská energie.

Nie je to zázračné riešenie, ale môže pomôcť

Gravitačné úložiská pravdepodobne nenahradia všetky batérie ani prečerpávacie vodné elektrárne. Majú však jednu obrovskú výhodu. Dokážu využiť infraštruktúru, ktorá už existuje. Práve preto vzbudzujú taký záujem.

Slovensko stojí pred otázkou, čo urobiť s opustenými baňami po útlme ťažby uhlia. Kým ešte pred pár rokmi sa hovorilo najmä o rekultivácii a likvidácii, dnes sa objavuje aj iná možnosť.

Možno sa raz stane, že šachty, z ktorých sa desaťročia vyvážalo uhlie, budú namiesto neho ukladať energiu zo slnka a vetra. A namiesto symbolu konca jednej éry sa premenia na jednu z najzaujímavejších technologických investícií budúcich desaťročí.

Čítajte viac z kategórie: Novinky