Гравитационные накопители энергии завоевывают рынок

Лифты в таких сооружениях поднимают и опускают тяжелые блоки, тратя энергию при ее избытке и вырабатывая при дефиците. Фото с сайта www.energyvault.com

Швейцарская компания Energy Vault близка к завершению самых масштабных в мире площадок по аккумулированию электрической энергии в гравитационных системах. Один аккумулятор строится в США, а второй – в Китае. Энергия будет запасаться при подъеме 24-тонных блоков на высоту свыше 100 м. Ее выработка будет происходить в процессе контролируемого спуска блоков на уровень земли.

В момент избытка электрической энергии 24-тонные блоки подаются к лифтам и поднимаются на высоту. В США сооружение будет достигать в высоту 140 м, а в Китае – 120 м. Когда выработка электрической энергии падает, что актуально в случае солнечной и ветряной энергетики, блоки спускаются на лифтах вниз, раскручивая роторы генераторов и вырабатывая электричество.

За время спуска блока размерами 3,5×2,7×1,3 м со скоростью 2 м/с вырабатывается примерно 1 МВт электричества с КПД более 80%. Здания гравитационного аккумулятора можно строить не только вверх, но и вширь, таким образом наращивая емкость хранения энергии. Например, хотя китайский аккумулятор будет ниже строящегося в США, за счет большей площади сооружения он может хранить до 100 МВт/ч электричества, тогда как американский – всего 36 МВт/ч.

Блоки для запасания энергии изготавливаются на месте из прессованной земли. Добавляются только скрепляющие растворы не более 1% на вес блока. Система простая и неприхотливая в эксплуатации. Разработчик дает 35 лет гарантии на работу гравитационной аккумулирующей системы.

В Швейцарии компания Energy Vault с 2020 года эксплуатирует опытный аккумулятор емкостью 5 МВт/ч. Он подключен к местной электросети и является не просто демонстратором, а рабочим инструментом. Но это маленький по своим масштабам проект. Два новых проекта станут доказательством хорошего и надежного масштабирования платформы.

Собственно говоря, у подобной системы хранения энергии имеется много вариаций. Наиболее известные и широко применяемые в мире это гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС). В них вода закачивается сначала в резервуары, а затем спускается вниз, приводя в действие турбины. Другими словами, происходит накопление избыточной энергии за счет потенциальной энергии в водной массе. Когда есть избыточная мощность, вода подается на большую высоту водохранилища. Когда энергии слишком мало, вода высвобождается, и вновь вырабатывается электричество. Хотя это актуальное решение подходит только для идеальных географических условий.

Калифорнийская фирма придумала для безводных регионов другой способ аккумулирования энергии. Речь идет о технологии ARES.

В Tehachapi (Калифорния) есть странная железная дорога: когда дует ветер, вагончик въезжает в гору, а когда стихает – скатывается вниз.

Технология ARES служит для аккумулирования энергии от источников периодического действия – солнечных и ветряных электростанций.

Когда выработка энергии высока (ветер дует, солнце светит), вагоны с помощью электродвигателей заезжают в гору – накапливают потенциальную энергию. Если выработка энергии падает, а потребление растет (вечер – ветер стих, солнце скрылось), вагоны скатываются, двигатели при этом работают в режиме генератора и отдают электроэнергию в сеть.

Обычно для этих целей используют воду, но в условиях Калифорнии это не очень удобно из-за дефицита воды.

Эффективность системы составляет 86%. И что немаловажно, у системы имеется ряд неоспоримых преимуществ перед уже известными промышленными накопителями: более низкая стоимость жизненного цикла, чем у батарей, более быстрая реакция, чем у ГАЭС, да и вода не требуется, что актуально для засушливых районов.

Описанная пилотная горка построена рядом с парком ветрогенераторов и представляет собой экспериментальную тележку (5670 кг, колея 381 мм).

В планах у компании постройка по соседству в Неваде системы с объемом запасаемой энергии 12,5 МВт/ч.

Планируется, что это будет однопутная дорога длиной 8 км с уклоном 6,6%. Для нее потребуется 17 сцепок, каждая из которых включает два локомотива массой по 220 т и два вагона с бетонными блоками массой по 150 т.

В Германии эту систему видоизменили и вместо вагонов стали применять массивные вращающиеся шайбы диаметром в несколько метров. По предложению ученых из Технического университета Дрездена, накопление энергии происходит за счет ускорения шайбы, а высвобождение – за счет ее торможения. Промышленная установка такого типа будет готова к 2030 году.