Ukladanie energie: Rozdiel medzi revíziami

'''Ukladanie energie''' je ukadanieukladanie určitej formy energie, ktorú je možné neskôr čerpať na vykonávanie nejakých užitočných operácií. Zariadenie, ktoré ukladá energiu sa niekedy nazýva akumulátor. Všetky formy energie sú buď potenciálna [[energia]] (napr. [[chemická energia]] alebo [[gravitácia]]), [[kinetická energia]], [[termálna energia]] alebo [[elektrická energia]]. Naťahovacie hodinky ukladajú potenciálnu energiu (v tomto prípade mechanickú energiu v napätí pružín), [[batéria]] ukladá ľahko konvertovateľnú chemickú energiu, aby bežal čip poskytujúci hodinový signál v počítači aj v prípade, že je počítač vypnutý, [[prečerpávacia vodná elektráreň]] ukladá energiu v rezervoároch s vodou vo forme gravitačnej potenciálnej energeenergie. Dokonca aj jedlo je príkladom uloženia energie, v tomto prípade chemickej.

Ukladanie energie ako prirodzený proces je staré ako [[vesmír]] sám - [[energia]], ktorá sa vyvinula pri vzniku vesmíru sa uložila vo hviezdach, takých ako je [[Slnko]], a je dnes používaná ĺudstvomľudstvom buď priamo (napr. prostredníctvom solárneho vykurovania) alebo nepriamo (napr. pestovaním plodín alebo premenou na elektrickú energiu v solárnych termoelektrických článkoch). Systémy na ukladanie energie, ktoré sú komerčne využívané sa môžu približne rozdeliť na mechanické, elektrické, chemické, biologické, tepelné a jadrové.

Ukladanie energie, ako cieľavedomá činnosť, existovalo už v dávnej minulosti, aj keď sa ešte často nerozoznávalo ako ukladanie energie. Ako príklad umyselnéhoúmyselného ukladania mechanickej energie možno uviesť používanie brvien a skál ako defenzívnych prostriedkov na starovekých bojových frontoch - brvná alebo skaly boli nazhromaždené na vrchu hory alebo steny a energia (vyvinutá ľuďmi pri vynášaní skál), ktorá sa týmto uložila, sa používala na útok na votrelcov, ktorý sa dostali do dosahu.

Ukladanie energie sa stalo dominantným faktorom rozvoja ekonomiky s rozsiahlym zavádzaním elektriny a rafinovaných chemických palív ako [[benzín]], [[petrolej]] a [[zemný plyn]] koncom 18. storočia. Na rozdiel od iných bežných druhov ukloženejuloženej energie používaných v minulosti (ako drevo či uhlie), [[elektrina]] musí byť používaná vtedy, keď je generovaná a nemôže byť uložená v ničom inom ako inej forme energie. Elektrina je prenášaná v uzavretom okruhu a pre praktické aplikácie nemôže byť uložená ako [[elektrická energia]]. To znamená, že so zmenami v dopyte sa nedá vysporiadať bez odpájania spotrebiteľov ([[brownout]], [[blackout]]) alebo bez zriadenia techniky ukladania elektrickej energie.

PočiatocnéPočiatočné riešenie problému ukladania energie pre elektrotechnické účely bolo vynájdenie [[batéria | batérie]] ako elektrochemického zariadenia na ukladanie energie. Avšak batérie mali len limitované uplatnenie v elektickýchelektrických silových systémoch z dôvodu malej kapacity a vysokej ceny. Podobným možným riešením s podobnými obmedzeniami je [[kondenzátor]].

Chemické palivá sa stali dominantnou formou ukladanie energie v oblasti generovania elektriny a [[prenos energie | prenosu energie]]. Bežne používané chemické palivá sú spracované [[uhlie]], [[benzín]], [[nafta]], [[zemný plyn]], [[LPG]], [[propán]], [[bután]], [[etanol]], [[bionafta]] a [[vodík]]. Všetky tieto chemické zdroje sú jednoducho konvertovateľné na mechanickú energiu a potom na elektrickú energiu použitím tepelným motorov ([[turbína | turbíny]] alebo iné motory s vnútorným spaľovaním, boilery alebo iné motory s externým spaľovaním). Generátory poháňané tepelýmitepelnými motormi sú veľmi univerzálne, veľkostne existujú od malých strojov s výkonom niekoľko kW až po továrenské bloky s výkonom stoviek MW.

Elektrochemické zariadenia nazývané [[palivový článok | palivové články]] boli vynájdené približne v rovnakom období ako batérie. Avšak z mnohých dôvodov neboli palivové články rozvíjané až do doby prvých vesmírnych letov s ľudskou posádkou (program Gemini), kedy vznikla požiadavka na ľahký, netepelný (a teda efektívny) zdroj energie potrebný pre raketoplány. Vývoj palivových článkov sa posilnil v posledných rokoch s cieľom zvýšiť účinnosť prevodu chemickej energie uloženej v úhľovodíkovýchuhľovodíkových alebo vodíkových palivách na elektronuelektrónu.

Niektoré časti sveta (Washington a Oregon v USA a Wales v Británii sú príkladom) použili geografické útvary na uloženie vekýchveľkých množstiev vody vo vyvýšených rezervoároch, pričom používajú prebytkovú energiu v dobe malej spotreby na pumpovanie vody do týchto rezervoárov, a potom v dobe špičiek dopytu nechávajú túto vodu pretekať cez turbínu, aby získali energiu v nej uloženú (princíp prečerpávacej vodnej elektrárne).

Ukladanie energie z elektrizačnej sústavy umožňuje výrobcom elektrickej energie prenášať prebytočnú elektrickú energiu cez elektrizačnú sústavu na miesta prechodného uskladnenia, ktoré sa stávajú producentamiproducentmi elektrickej energie v dobách vyššieho dopytu. Ukladanie energie z elektrizačnej sústavy je dôležité pri vyrovnávaní dopytu a dodávky počas 24-hodinovej periódy.

**[[supravodívésupravodivé magnety]]

[[Vodík]] je nosičom chemickej energie, podobne ako [[benzín]], [[etanol]] alebo [[zemný plyn]]. Unikátnou charakteristikou vodíku je, že je to jedínýjediný chemický nositeľ energie, ktorý negeneruje škodlivé emisie pri spaľovaní. Vodík je premyselnepriemyselne široko používaná chemický prvok, ktorý môže byť vyrábaný z ľubovolného primárneho zdroja energie. Väčšina svetovej produkcie vzniká tepelnou reformáciou zemného plynu (metánu) na vodík, ktorý je hneď používaný na rafináciu ropy na benzín a podobne. Oxid uhličitý produkovaný pri procese reformácie je buď zachytávaný a spracúvaný na tekutú formu alebo vypúšťaný do atmosféry. Pretože je vodík produkovaný a distribuovaný v takých veľkých množstvách, je technológia potrebná na pokrytie veľkoobchodu a maloobchodu s energiou overená, spoľahlivá a komerčne dostupná.

Dostatočne čistý vodík môže byť tiež použitý v elektrochemických motoroch ako napríklad palivový članokčlánok PEM (proton exchange engine). Vodíkové palivové články môžu byť efektívnejšie ako tepelné motory poháňané vodíkom a teda aj omnoho efektívnejšie ako tepelné motory poháňané uhľovodíkovým palivom. Tieto palivové články taktiež nemajú takmer žiadne emisie. Mnoho spoločností sa snaží o vývoj spoľahlivých a lacných PEM palivových článkov. Avšak návrhy nie sú dostatočne vyvinuté na to, aby ich bolo možné produkovať vo veľkých množstvách. Limitované množstvá, ktoré je možné kúpiť sú ručne vyrábané a teda omnoho nákladnejšie ako bežné spaľovacie motory.

Produkcia vodíku v množstvách potrebných na nahradenie existujúcich uhľovodíkových palív nie je možná. Takáto produkcia by vyžadovala viac energia ako sa v súčastnosti používa a boli by potrebné veľké investície do tovární na výrobu vodíka. Práve kôlikvôli týmto vysokým nákladom doteraz vodík nie je bežne používaný. Ak by bola do trhových cien uhľovodíkových palív premietnutá cena produkcie skleníkových plynov, mohol by sa vodík stať komerčne atraktívny, poskytujúc čistú, efektívnu eneregiuenergiu pre domácnosti, spoločnosti a dopravné prostriedky.

Mnohé [[biopalivá]] ako napríklad [[bionafta]], čisté rastlinné oleje, alkoholové palivá alebo [[biomasa]] môžu byť použité ako náhrada uhľovodíkových palív. Mnohé chemické procesy môžu previesť uhlík a vodík v uhlí, zemnom plyne a organickej biomase na krátke uhľovodíky vhodné ako náhrada za existujúce uhľovodíkové palivá. Tento zdroj nafty sa používal v Nemecku počas 2. svetovej vojny kôlikvôli nedostupnosti ropy. V šúčastnostisúčastnosti Severná Afrika produkuje väčšinu spotrebovanej nafty z uhlia z podobných dôvodov. Dlhodobá cena ropy nad 35 USD môže urobiť takéto syntetické palivá ekonomicky výhodnými pre široké použitie. Časť energie uloženej v pôvodnom zdroji je pri poreceseprocese konverzie stratená. Uhlie bolo v minulosti používané v doprave bežne v parných motoroch. Stlačený zemný plyn sa tiež používa v špeciálnych prípadoch najmä vo verejnej doprave.

Oxid uhličitý obsiahnutý v atmosfére bol experimentálne konvertovaný na uhľovodíkové palivo s použitím energie z iného zdroja. Aby tento proces bol priemyselne použiteľný, musela by pravdepodobne použitá energie pochádzať zo slnečného žiarenia s použitím možnej technológie umelej fotosyntézy. Iným alternatývnym zdrojom energie je elektrina alebo teplo zo solárnej energie alebo jardovejjadrovej energie. V porovnaní s vodíkom má väčšina uhľovodíkových palív výhodu v tom, že môžu byť použité v exitujúcichexistujúcich motoroch a existujúcej infraštruktúre distribúcie palív. Výroba syntetických uhľovodíkových palív redukuje množstvo oxidu uhličitého v atmosfére do doby keď je palivo spálené, kedy sa rovnaké množstvo oxidu uhličitého vráti do atmosféry. Ak by došlo k masovému rozšireniurozšíreniu tejto technológie, mohol by tento prístup pomôcť zmierniť z dlhodobého hľadiska nežiadúci vplyv skleníkových plynov.

Na strane dopytu, programy odozvy spotreby, ktoré posielajú signály o trhovom ocenneníocenení zákazníkom (alebo svojim zariadeniam) môžu byť veľmi efektívny spôsob ako zvládnuť výkyvy v spotrebe energie. Napríklad továreň produkujúca vodík, ktorá je poháňaná elektrickou energiou môže byť nastavená tak, že keď sa produkuje viac elektrickej energie ako je dopyt (a teda ceny elektrickej energie budú nižšie) zvýši svoju produkciu a naopak, ohrievače horúcej vody môžu byť nastavené tak, aby znížili teplotu keď je dopyt vysoký (a teda aj cena).