Levné teplo a pára 24/7 bez plynového kotle? Představujeme tepelný akumulátor

Tepelný akumulátor, co na tom chcete řešit? Prostě další bandaska s vodou. Jenže, když chcete uchovávat teploty v řádu stovek nebo dokonce přes 1000 °C, museli byste u vody zacházet s obrovským tlakem. Daleko jednodušší je tak použít pevné látky, které sice nemají tak velkou tepelnou kapacitu, ale zase bez problémů snesou výrazně vyšší teplotu.

Jak tepelné baterie snižují cenu tepla?

Teplo ze spalin, z výroby nebo i z elektřiny jde uložit a využít později. Tím se významně snižují jak náklady na teplo, tak spotřeba energie. Tepelná akumulace je přitom výrazně jednodušší, levnější a trvanlivější než ukládání elektřiny.

Zároveň umožňuje kontinuální dodávku tepla podobně jako třeba plynový kotel.

Technologie pro ukládání tepla a jejich využití byly podrobně popsány na konferenci Průmyslová tepelná čerpadla 2025, kterou pořádala společnost Exergie.cz. Své výrobky a služby představily firmy Kraftblock, Rondo a Brenmiller.

Co je tepelné úložiště?

Tepelný akumulátor v podání zmíněných firem si můžeme představit jako kontejner nebo podobnou konstrukci, která:

• obsahuje materiál vhodný pro uchovávání tepla a
• je dobře izolovaná, aby udržela teplo po dobu od hodin až po jednotky týdnů.

Zásobníky jsou modulární, takže přidáváním dalších částí lze zvětšovat jejich kapacitu i výkon.

Množství uložené energie závisí hlavně na hmotnosti materiálu, jeho měrné tepelné kapacitě a rozdílu teplot. Zjednodušeně tedy:

uložené teplo = hmotnost × tepelná kapacita × rozdíl teplot.

Tepelné akumulátory pracují s teplotami několika set až tisíců stupňů. Vysoké teploty jsou pro průmyslovou akumulaci výhodné. Čím větší je využitelný rozdíl teplot, tím více energie se dá uložit do stejného množství materiálu.

Co je uvnitř?

Vysoké teploty ukládaného tepla prakticky vylučují jako úložné médium vodu. Technicky je to sice možné, ale zbytečně nákladné a složité – voda by při vysokých teplotách vytvářela obrovský tlak. Co tedy zásobníky obsahují místo vody?

Každá z uvedených firem využívá jiný materiál. Vždy je v něm nějaké know-how, ale oproti ukládání elektřiny jsou materiály významně jednodušší, levnější a dostupnější.

Rondo pracuje s žáruvzdornými cihlami, tedy s keramickým materiálem, který se používá v průmyslu, kde se pracuje s vysokými teplotami. Know-how firmy spočívá hlavně v jejich uspořádání, při kterém je možné úložiště současně nabíjet i vybíjet, firma hovoří o „dual stack brick array“. Pracovní teplota úložiště je 1 100 až 1 500 °C.

Kraftblock staví na vlastní patentované akumulační hmotě, které se skládá převážně ze strusky. Firma tak pro akumulaci využívá druhotné suroviny, až 85 % použité hmoty tvoří původně odpadní materiál. Zásobník lze provozovat při 1 300 °C a materiál byl testován na 15 000 tepelných cyklů. Firma také uvádí životnost přes 40 let.

Brenmiller používá jako akumulační materiál „kámen“, přesněji drcené vulkanické horniny. Ty jsou uzavřené v tenkých kovových článcích označovaných jako bCells. Jednotlivý článek má rozměr zhruba 500 × 500 × 30 mm a z 330 těchto článků vzniká větší modul bCube. Z modulů se pak sestavuje celý zásobník. Systém je určen pro teploty do přibližně 500 °C, míří tedy na střední pásmo průmyslových teplot.

Od předchozích dvou řešení se Brenmiller liší hlavně tím, že teplosměnné potrubí (výměník) je přímo součástí akumulačních modulů.

Zdroje tepla pro ukládání

Tepelný akumulátor jde nabít mnoha různými způsoby. Způsoby ohřevu pak umožňují různé obchodní modely, na které se podíváme níže.

První možností je nahřívání zásobníku elektřinou, ať už přes ohřívač vzduchový (Kraftblock), sálavý (Rondo), nebo integrovaný (Brenmiller). Elektrický ohřev počítá s různými cenami elektřiny během dne, s využitím fotovoltaiky a větru nebo s poskytováním flexibility.

Druhá možnost je přímé ukládání tepla, přičemž zdrojem tepla mohou být:

• Cíleně vyrobené teplo
• Odpadní teplo
• Horké spaliny nebo vzduch
• Pára
• Kombinace (hybrid) výše uvedeného

Využití uloženého tepla

Nejčastějším výstupem tepelného úložiště může být buď horký vzduch (či jiný plyn) nebo pára. Kraftblock navíc zmiňuje ohřívání teplonosného oleje. Továrna, resp. pracovní proces, tak při použití úložiště může pracovat se stejným médiem, jako dosud.

• Horký vzduch je nejjednodušší. Pokud ho technologie umí využít přímo, odpadá další výměník. Hodí se například pro sušení, pece nebo některé potravinářské procesy.
• Pára je pro průmysl asi nejuniverzálnější. Akumulátor ohřeje vzduch nebo jiný mezinosič a přes výměník se vyrábí pára se stejnými parametry, jaké dříve dodával plynový kotel.
• Teplonosný olej dává smysl tam, kde je potřeba vyšší teplota bez vysokého tlaku vody.
• Horká voda je vhodná pro nižší procesní teploty nebo vytápění.
• U speciálních aplikací mohou teplo přebírat také inertní nebo jiné procesní plyny.

Zároveň platí, že pracovní teplota úložiště není výstupní teplota. Vyšší teplota umožňuje do zásobníku dostat více energie, ale to se uvolňuje postupně v podobě nižší výstupní teploty.

Akumulátor je obvykle navržen pro stálou dodávku tepla, to znamená, že i když jeho nabíjení probíhá nárazově a za vysokých teplot, na výstupu je vždy teplota požadovaná v zadání.

Rondo nabízí i spolupráci s parní turbínou, tedy výstupem může být i elektřina.

Jak úložiště šetří peníze?

Nabíjení elektřinou

Rondo zmiňuje, že téměř každý den se najde alespoň 6 hodin, kdy je elektřina levnější než plyn. Jejich akumulátory se za tuto dobu zvládnou nabít tak, aby dokázaly poskytovat kontinuální 24/7 dodávku horkého vzduchu nebo páry.

Nabíjení samozřejmě nemusí probíhat jen ze sítě, ale i přímo z přilehlého obnovitelného zdroje. Proměnlivost nebo nestabilita dodávek v tomto případě nijak nevadí. Rondo při nabíjení elektřinou uvádí 98% účinnost celého ukládacího cyklu.

Poskytování flexibility

Kromě nákupu levné elektřiny na denním trhu je možné zásobník zapojit také do poskytování flexibility. Příjmy za podpůrné služby (za připravenost i za odebranou energii) pomáhají dále snižovat cenu tepla. V ČR si při té příležitosti můžeme vzpomenout na mařiče – z pohledu služby se jedná o obří spotřebič, zde se však teplo nefouká do vzduchu, ale ukládá na později.

Z provozu se tak z čistého spotřebitele plynu (a plátce emisních povolenek) stane aktivní energetický hráč, který pomáhá stabilizovat síť, šetří plyn a zároveň si tím snižuje cenu tepla.

Využití odpadního tepla

V jedné části provozu má podnik zdroj odpadního tepla, které vypouští do vzduchu a v druhé části platí za plyn pro výrobu tepla. Tepelný akumulátor umožní odpadní teplo využívat a tím buď snížit spotřebu plynu, nebo ji dokonce úplně nahradit.

Cena tepla z akumulátoru

Cena MWh tepla z úložiště je u každého projektu jiná, protože závisí na ceně elektřiny nebo vstupního tepla, velikosti zásobníku, počtu cyklů i způsobu financování.

Obvykle se úložiště nastavuje tak, aby využití tepla ze zásobníku vycházelo výhodněji oproti konvenčnímu řešení, typicky plynovému kotli. Brenmiller například uvádí dlouhodobé cenové rozmezí 50–70 €/MWh tepla.

Kraftblock a Rondo konkrétní cenu neuvádí, ale svůj obchodní model staví na využívání elektřiny v době, kdy je levná, na úspoře za palivo a emisní povolenky a na odměně za poskytování flexibility.

Vyhlazení výroby nebo spotřeby tepla

Výroba a spotřeba tepla nemusí probíhat ve stejnou dobu. Zdroj může například nejlépe pracovat při stálém výkonu, zatímco odběr páry nebo horkého vzduchu během dne kolísá. Akumulátor rozdíl mezi výrobou a spotřebou vyrovná a umožní obě technologie provozovat v podmínkách, které jim vyhovují.

Jindy je naopak zdroj dostupný jen část dne. Typickým příkladem je elektrický ohřev zásobníku v několika nejlevnějších hodinách, zatímco továrna potřebuje páru nepřetržitě. Rondo počítá s režimem, kdy se zásobník nabíjí šest až osm hodin a teplo dodává celých 24 hodin.

Třetím případem je odpadní teplo. Kraftblock například u výrobce brusných kotoučů ukládá teplo ze spalin dávkových pecí a později ho využívá k předehřevu plynu. Bez akumulace by se výroba odpadního tepla a možnost jeho využití musely časově koordinovat.

Všechny tři situace řeší tepelný akumulátor jako vyrovnávací prvek, kdy výroba a spotřeba mohou běžet nezávisle na sobě tak, jak je to nejúčinnější a nejlevnější. Úspora vzniká z lepšího provozu technologií nebo z využití odpadního tepla, které by se jinak bez užitku rozptýlilo do okolí.

Obchodní modely – jak v podniku využívat akumulaci tepla?

Uvedení výrobci nabízí několik možností, jak může zákazník jejich úložiště využívat.

1. Pořízení – podnik si prostě celou technologii koupí a provozuje sám, výrobce slouží jako standardní dodavatel a nabízí údržbu a servis.
2. Úložiště jako služba („storage as a service“) – zákazník si úložiště pronajme, neplatí tedy investiční náklady ani servis, ale pravidelný poplatek. Nákup energie do zásobníku si zákazník zajišťuje sám.
3. Platba za teplo („heat as a service“) – zákazník technologii ani energii vůbec neřeší, místo toho si prostě objedná dodávku tepla o potřebných parametrech a za konkrétní cenu.

Podnik tak nemusí řešit samotný akumulátor ani nákup energie. S poskytovatelem si sjedná dlouhodobou dodávku páry nebo jiného tepla o požadovaných parametrech a platí až za dodané teplo.

Jak vypadají aplikace tepelného úložiště?

Kraftblock: místo plynu elektřina v levných hodinách

Kraftblock staví tepelný akumulátor v závodě PepsiCo na výrobu chipsů v nizozemském Broek op Langedijk. Dosud teplo zajišťuje plynový kotel o výkonu 25 MW. Nově se bude pro ohřívání oleje využívat elektřina nakoupená v levných hodinách a předaná pomocí akumulátoru. Ten se nahřívá až na 800 °C a průběžně předává teplo oleji o teplotě 300 °C, který ho následně dopraví přímo do procesu.

Po dokončení všech modulů má systém Kraftblocku ušetřit zhruba 9 milionů m³ zemního plynu a 17 000 tun CO₂ ročně.

Rondo: několik hodin nabíjení, pára po celý den

Rondo má dodat tepelný akumulátor o kapacitě 100 MWh pro pivovar a sladovnu Heinekenu v Portugalsku. Nabíjet se bude levnou elektřinou ze sítě i z místní fotovoltaiky. Uložené teplo pak bude vyrábět páru o výkonu až 7 MW pro provoz pivovaru a sníží tak spotřebu plynu. Cílem instalace je přesunout spotřebu elektřiny do hodin, kdy je jí dostatek a je levnější, zatímco páru může pivovar odebírat průběžně podle potřeby.

Projekt je zajímavý i obchodním modelem. Fotovoltaiku, dodávku elektřiny a energetickou službu zajišťuje EDP, Rondo dodává tepelný akumulátor a Heineken nakupuje výsledné teplo ve formě páry. Pro pivovar tak jde o náhradu části výroby páry z plynu bez nutnosti provozovat samotné úložiště.

Brenmiller: zákazník nemusí akumulátor ani vlastnit

Brenmiller dokončil 32MWh akumulátor pro výrobce nápojů Tempo Beverages v izraelské Netanji. Elektřina ze střešní fotovoltaiky a levnější elektřina ze sítě se ukládá v podobě tepla a později se z něj vyrábí pára. Ta má postupně zcela nahradit výrobu z kotlů na topný olej.

Ani zde zákazník akumulátor nevlastní, ale nakupuje páru za pevnou cenu v rámci služby Heat as a Service. Podle Brenmilleru má projekt ušetřit kolem 2 000 tun těžkého topného oleje a 6 200 tun emisí CO₂ ročně a během 15 let přibližně 7,5 milionu dolarů.