Проект удивительного аккумулятора невиданной конструкции уже создают в США и в Китае.
В эпоху развития возобновляемых источников энергии, таких как солнечные и ветряные, возникает проблема хранения избыточной энергии, которая производится в определенные моменты времени. Традиционные способы хранения, например литиевые батареи, имеют ряд недостатков: они дорогие, вредные для окружающей среды и ограничены в масштабах. Поэтому ученые и инженеры ищут новые решения, которые были бы более эффективными, экологичными и доступными. Фокус знакомит вас с концепцией необычных хранилищ энергии, заряжающихся с помощью гравитации с помощью экспертов издания Interesting Engineering.
Гравитация – бесплатная сила для зарядки
Одним из бесплатных способов получения энергии, как не удивительно, является гравитация Земли. Хранилища энергии на основе гравитации используют силу тяжести для хранения и высвобождения энергии.
Такой способ хранения энергии не нов: он уже давно применяется в накопительных гидроэлектростанциях (НГЭС), где вода поднимается на большую высоту при помощи насосов и затем спускается через турбины для выработки электричества. НГЭС составляют более 90% всей мировой емкости хранения энергии. Однако у них есть существенные ограничения: они требуют больших затрат на строительство и эксплуатацию, а также специфических географических условий — крутого рельефа и обилия воды.
Батареи на основе гравитации имеют большой потенциал для развития возобновляемой энергии в мире. Они могут быть размещены практически в любом месте, где есть высота или глубина. Они могут быть использованы для сглаживания пиков спроса и предложения на электроэнергию, а также для поддержания стабильности сети.
Как работают гравитационные энергохранилища
Принцип их работы аккумуляторов в подобных энергохранилищах заключается в том, что при наличии избытка энергии от возобновляемых источников система поднимает тяжелый груз на определенную высоту, накапливая потенциальную энергию. Когда энергия нужна, груз опускается вниз, преобразуя потенциальную энергию в кинетическую и затем в электрическую с помощью генератора.
Батарея на основе гравитации может быть более универсальной и дешевой альтернативой НГЭС. В качестве груза может использоваться любой тяжелый материал, например бетон или железо. В качестве высоты может использоваться любая вертикальная конструкция, например башня или шахта. Батарея на основе гравитации не загрязняет окружающую среду и не подвержена износу или коррозии.
Где построят такие энергохранилища
В настоящее время ведутся работы по созданию двух крупномасштабных проектов батарей на основе гравитации в США и Китае. В США компания Energy Vault строит башню высотой 150 м, которая будет поднимать и опускать блоки из бетона массой 35 т каждый. Общая емкость хранения энергии составит 80 МВт-ч. Компания утверждает, что ее батарея будет стоить в 2 раза дешевле, чем литиевые батареи, и будет иметь срок службы до 40 лет.
В Китае компания Gravitricity строит батарею на основе гравитации в заброшенной шахте глубиной 1,5 км. В шахте будут подвешены два груза массой 12 т каждый, которые будут подниматься и опускаться с помощью электромоторов. Общая емкость хранения энергии составит 4 МВт-ч. Компания утверждает, что ее батарея будет иметь очень высокий срок службы — до 50 лет.
Альтернативы гравитационным батареям
Батареи на основе гравитации — это не единственный способ хранения энергии с использованием физических принципов. Существуют и другие виды батарей, такие как летательные батареи (flywheel batteries), которые используют вращение колеса для накопления кинетической энергии, или сжатые воздушные батареи (compressed air batteries), которые используют сжатый воздух для хранения потенциальной энергии.
Однако батареи на основе гравитации имеют свои преимущества: они не требуют редких или дорогих материалов, они не изнашиваются или деградируют со временем, они не подвержены температурным изменениям или влиянию окружающей среды.
