В епоху розвитку відновлюваних джерел енергії, таких як сонячні та вітряні, виникає проблема зберігання надлишкової енергії, яка виробляється у певні моменти часу. Традиційні способи зберігання, наприклад, літієві батареї, мають ряд недоліків: вони дорогі, шкідливі для навколишнього середовища і обмежені в масштабах. Тому вчені та інженери шукають нові рішення, які були б більш ефективними, екологічними та доступними. Фокус знайомить вас з концепцією незвичайних сховищ енергії, що заряджаються за допомогою гравітації за допомогою експертів Interesting Engineering.
Гравітація – безкоштовна сила для заряджання
Одним із безкоштовних способів отримання енергії, як не дивно, є гравітація Землі. Сховища енергії на основі гравітації використовують силу важкості для зберігання та вивільнення енергії.
Такий спосіб зберігання енергії не новий: він уже давно застосовується в накопичувальних гідроелектростанціях (НГЕС), де вода піднімається на велику висоту за допомогою насосів і потім спускається через турбіни для вироблення електрики. НГЕС становлять понад 90% усієї світової ємності зберігання енергії. Однак вони мають суттєві обмеження: вони вимагають великих витрат на будівництво та експлуатацію, а також специфічних географічних умов — крутого рельєфу та великої кількості води.
Батареї на основі гравітації мають великий потенціал для розвитку поновлюваної енергії у світі. Вони можуть бути розміщені практично в будь-якому місці, де є висота чи глибина. Вони можуть бути використані для згладжування піків попиту та пропозиції на електроенергію, а також підтримки стабільності мережі.
Як працюють гравітаційні енергосховища
Принцип їх роботи акумуляторів у подібних енергосховищах полягає в тому, що за наявності надлишку енергії від поновлюваних джерел система піднімає важкий вантаж на певну висоту, накопичуючи потенційну енергію. Коли енергія потрібна, вантаж опускається вниз, перетворюючи потенційну енергію на кінетичну і потім електричну за допомогою генератора.
Батарея на основі гравітації може бути більш універсальною та дешевою альтернативою НГЕС. Як вантаж може використовуватися будь-який важкий матеріал, наприклад, бетон або залізо. Як висота може використовуватися будь-яка вертикальна конструкція, наприклад, вежа або шахта. Батарея на основі гравітації не забруднює навколишнє середовище і не схильна до зносу або корозії.
Де збудують такі енергосховища
В даний час ведуться роботи зі створення двох великомасштабних проектів батарей на основі гравітації у США та Китаї. У США компанія Energy Vault будує вежу заввишки 150 м, яка підніматиме та опускатиме блоки з бетону масою 35 т кожен. Загальна ємність зберігання енергії становитиме 80 МВт-год. Компанія стверджує, що її батарея коштуватиме вдвічі дешевше, ніж літієві батареї, і матиме термін служби до 40 років.
У Китаї компанія Gravitricity будує батарею на основі гравітації у занедбаній шахті завглибшки 1,5 км. У шахті буде підвішено два вантажі масою 12 т кожен, які будуть підніматися та опускатися за допомогою електромоторів. Загальна ємність зберігання енергії становитиме 4 МВт-год. Компанія стверджує, що її батарея матиме дуже високий термін служби – до 50 років.
Альтернативи гравітаційним батареям
Батареї з урахуванням гравітації — це єдиний спосіб зберігання енергії з допомогою фізичних принципів. Існують інші види батарей, такі як літальні батареї (flywheel batteries), які використовують обертання колеса для накопичення кінетичної енергії, або стислі повітряні батареї (compressed air batteries), які використовують стиснене повітря для зберігання потенційної енергії.
Однак батареї на основі гравітації мають свої переваги: вони не вимагають рідкісних або дорогих матеріалів, вони не зношуються або деградують з часом, вони не схильні до температурних змін або впливу навколишнього середовища.
Источник: focus.ua
