Do skladování energie by mohl promluvit setrvačník. Díky českému vynálezu



Do oblasti alternativní dopravy nebo obnovitelných zdrojů by už brzy mohla promlouvat setrvačníková baterie s možností krátkodobé akumulace elektřiny z dílny českého vědce Jana Plomera. Ten za svůj projekt získal ocenění v soutěži E.ON Energy Globe v kategorii Nápad. Jeho vynález by tak mohl být dalším českým příspěvkem k celosvětové snaze o snížení spotřeby energie i emisí oxidu uhličitého.

Jan Plomer se začal myšlenkou setrvačníkové baterie zabývat v teoretické rovině už v roce 2007, v rámci doktorského studia na ČVUT. „Tehdy jsem ale ambice na vývoj vlastní setrvačníkové baterie ještě neměl. Samotný vývojový projekt s cílem vyvinout funkční zařízení, uplatnitelné na trhu, vznikl až na podzim 2016,“ vzpomíná Jan Plomer.

Od hybridu k tramvaji

Od roku 2003 přitom pracuje ve vývoji v automobilovém průmyslu a v oboru kolejových vozidel. „Prošel jsem si postupně pozicemi od řadového konstruktéra až po vedoucího projektu. Pracoval jsem několik let u společnosti ZF v německém Friedrichshafenu na vývoji automatické převodovky a stal jsem se autorem mezinárodního patentu hybridního pohonu,“ dodává Jan Plomer.

V období 2013 až 2015 působil jako technický vedoucí projektu a měl na starost vývoj prototypu nového typu tramvaje švýcarského výrobce Stadler. „Původně jsme počítali primárně s uplatněním v Rusku, ale nakonec z tohoto prototypu budou vycházet i nové tramvaje Stadler, které budou jezdit od letošního roku v Ostravě,“ pokračuje Jan Plomer.

Hlavním ekonomickým přínosem vynálezu je úspora nákladů a energie. Příkladem je využití při provozu běžného vozidla, kdy při brzdění vzniká kinetická energie, kterou je možné krátkodobě akumulovat a poté využít na následný rozjezd. Používáním setrvačníku se též snižuje opotřebení jiných komponentů vozidla, jako jsou například brzdy. U hybridů a elektromobilů by setrvačníková baterie mohla sloužit pro krátkodobou akumulaci energie při jízdě ve městě a mnoha rozjezdech.

„Setrvačník jako krátkodobý akumulátor energie u elektrických a hybridních vozidel sníží spotřebu energie, respektive paliva, a emisí oxidu uhličitého,“ uvádí vynálezce Jan Plomer. Podle jeho slov jde o zařízení, které má dvě hlavní části: elektromotor a těžký kotouč. „Elektromotor při akumulaci energie postupně roztáčí kotouč na vyšší otáčky. Čím jsou otáčky kotouče vyšší, tím je v zařízení akumulováno více energie. Jestliže chceme následně energii opět využít, tak začne elektromotor brzdit kotouč na nižší otáčky a tím vyrábí elektrickou energii, kterou už lze přímo využít např. pro napájení nějakého zařízení a podobně,“ popisuje Jan Plomer princip fungování setrvačníkové baterie.

Baterie bez chemie

Výhodou tohoto způsobu akumulace energie je podle něj také skutečnost, že zařízení nevyužívá žádné chemické látky jako běžné baterie.

Setrvačníková baterie by se přitom mohla uplatnit nejen v motorismu, ale i v několika dalších oblastech. Například v energetice by mohla pokrývat mikrovýpadky elektřiny u koncových uživatelů s citlivými přístroji a výrobním zařízením. „Velmi slibně se například jeví využití na pokrytí malých výpadků v rozvodné síti. Tyto mikrovýpadky v řádu maximálně několika sekund mohou způsobit zastavení výrobních strojů bez záložního zdroje energie. Například u výroby nanovláken jsou pak vzniklé škody způsobené takovým mikrovýpadkem značné,“ uvadání Jan Plomer. Aktuálním tématem je i prodloužení dodávek elektrické energie u fotovoltaických elektráren.

Další oblastí je elektromobilita, kde by baterie podobně jako v případě běžného automobilu mohla akumulovat kinetickou energii, jež vzniká při brzdění vozidla, a následně ji využít na rozjezd. „Obecně může elektromechanický akumulátor najít uplatnění tam, kde jsou vyžadovány velké počty vybíjecích cyklů a vysoký měrný výkon, a zároveň tam, kde nevadí nízká energetická hustota,“ dodává Jan Plomer.

Čím se liší setrvačníková baterie od hybridního systému známého z automobilů, kde se kinetická energie také přeměňuje na jiný typ energie? „Setrvačníková baterie je v podstatě elektromechanický akumulátor energie, nepohání přímo automobil apod. Je to tedy jiná podoba ‚baterky‘, nikoliv přímého pohonu. Jinak ale z hlediska té přeměny energie máte pravdu v tom, že se u obou případů jedná o přeměnu elektrické energie na mechanickou, respektive naopak,“ porovnává Jan Plomer.

Spolupráce se studenty

V současné době vědec pracuje na optimalizaci konstrukce druhé varianty svého zařízení. „Do konce roku 2018 bychom měli mít výsledky z testování, kdy už budeme schopni garantovat jeho konkrétní parametry. Teprve po kompletním ukončení testování si troufnu zařízení nabízet na trhu,“ plánuje Jan Plomer další postup.

Co bylo při vývoji nové technologie nejtěžší? „Asi jako u všech podobných projektů, které vznikají v prostředí startupové firmy bez zázemí velké společnosti, je největší výzvou zajistit financování projektu. Proto je každá podpora velmi cenná, a to nejen ta finanční, která pomůže pokrýt některé konkrétní náklady, ale i odborná formou konzultací na ČVUT apod. Daří se mi také zapojovat studenty z Dopravní fakulty ČVUT na různé vývojové činnosti, což je v konečném důsledku prospěšné pro všechny strany včetně samotné fakulty, protože studenti pracují na aktuálních tématech z praxe,“ popisuje Jan Plomer. Nápad na setrvačníkovou baterii se líbil i porotcům, kteří letos vybírali nejlepší ekologické projekty v 9. ročníku soutěže E.ON Energy Globe. „Tato soutěž oceňuje inovativní, ekologické a energeticky úsporné nápady. Nejde ale jen o prestiž a uznání, vítěz od partnera soutěže, společnosti Hello bank by Cetelem, získá finanční odměnu ve výši 300 tisíc korun na realizaci projektu,“ konstatuje Vladimíra Glaserová ze společnosti E.ON, která soutěž pořádá.

Odměna pomáhá druhému prototypu

„Finanční odměnu již využíváme pro financování výrobních nákladů na druhý prototyp pro stacionární uplatnění v energetice v souladu s dohodou s organizátory soutěže. Na tomto prototypu pak budeme testovat a zkoušet např. několik variant uložení kotouče a vylepšovat funkčnost a provozní spolehlivost zařízení. Velkou výzvou je udržení výrobních nákladů na přijatelné úrovni, aby zařízení našlo v budoucnu na trhu uplatnění s reálným ekonomickým přínosem,“ uzavírá Jan Plomer.

Do soutěže E.ON Energy Globe se mohou přihlásit projekty, které přispívají k úsporám energie a ochraně životního prostředí. „Kategorie Nápad vznikla pro všechny zatím nerealizované projekty. Možnost ocenění si totiž zaslouží i ti, kteří na uskutečnění svých nápadů zatím nemají finanční prostředky,“ uzavírá Vladimíra Glaserová.

Dalibor Dostál