Гравитационная система накопления больших объемов электроэнергии

Гравитация на протяжении веков была центром удивлений для физиков, математиков и мыслителей всех видов.

В начале 1600-х годов астроном Галилей сбросил шарики с Пизанской башни и заявил, что гравитационное ускорение одинаковое для всех объектов. Через несколько десятилетий Исаак Ньютон расширил эти мысли и разработал свою теорию гравитации, согласно которой все частицы притягивают все другие частицы с силой, прямо пропорциональной квадрату расстояния между их центрами.

Философ Томас Карлейль подсчитал: «Это математический факт, что отливки камешка с моей руки меняет центр тяжести Вселенной». Космолог Стивен Хокинг заявил: «Поскольку существует такой закон, как гравитация, Вселенная может, и создаст себя из ничего».

Совсем недавно британская энергетическая стартап-компания Gravitricity внесла свою лепту в истории гравитации, начав строительство системы накопления энергии, работающий от силы тяжести.

Ведущие компании стремятся найти альтернативу химическим аккумуляторам — не самому эффективному решению для накопления больших объемов электроэнергии. Большие аккумуляторные батареи в диапазоне десятков МВт небезопасны, дорогостоящи, быстро изнашиваются, а при их создании используется большое количество химических веществ, таких как литий и гадолиний, производство которых имеет свои экологические проблемы.

Технологию, альтернативную химическим аккумуляторам, разработала компания Gravitricity, получив грант от Innovate UK, инновационного агентства правительства Великобритании, в размере 650 000 фунтов стерлингов на создание прототипа системы.

Основная цель технологии Gravitricity — нивелировать неравномерность выработки и потребления электрической энергии за счет ее накопления в моменты избыточной генерации и отдачи при пиковом потреблении. Идея Gravitricity должна помочь дальнейшему расширению использования возобновляемых источников энергии, повышению эффективности тепловых и атомных электростанций. Принцип работы технологии Gravitricity довольно прост и напоминает работу гиревых часов, но очень большого размера. В моменты низкого энергопотребления специализированная установка Gravitricity превращает избыточную электрическую энергию из возобновляемых источников в потенциальную энергию гравитации за счет вертикального подъема массивных грузов. При спуске груза происходит выработка электроэнергии и ее возврат в сеть в моменты пикового потребления. Цилиндрический груз весом 500-5000 тонн размещается в специальной шахте под поверхностью земли с помощью системы тросов, каждый из которых соединен с лебедкой. Приводом лебедки служит обратимая электрическая машина, способная поглощать или вырабатывать электрическую энергию при подъеме или опускании груза соответственно. Груз удерживается в стволе шахты системой тросовых направляющих, которые предотвращают его от раскачивания и повреждения всей установки. Привод подъема и спуска груза имеет высокоточное управление мощностью потребления и генерации энергии.

По словам представителей компании, Gravitricity, пиковая мощность может достигать от 1 до 20 МВт при непрерывной мощности до восьми часов. Максимальная мощность может быть достигнута менее чем за секунду, уверяют чиновники, делая систему идеальной в качестве резервного решения для питания.

Расходы ниже существующих систем накопления энергии, таких как новые литий-ионные аккумуляторны. Представители гравитации заявляют, что в отличие от аккумуляторных систем, их механизм хранения можно заряжать и разряжать несколько раз в день без потери производительности более двух десятилетий, при этом, уровень эффективности системы составляет от 80 до 90 процентов. Система может работать в течение полувека, добавляют они.

Свою запатентованную технологию компания Gravitricity планирует освоить в отработанных шахтах Южной Африки и Великобритании. Управляющий директор компании Чарли Блэр (Charlie Blair) поясняет, что самая большая статья затрат в проекте — это бурение отверстия в земле для размещения оборудования, и поэтому стартап разрабатывает свою технологию с использованием существующих шахтных стволов, как в Великобритании, так и в Африке. (Отработанных шахт достаточно в Украине для внедрения данной технологии, авт.)

«Поскольку мы все больше и больше полагаемся на возобновляемую энергию, возникает растущая потребность в поиске способов хранения этой энергии, чтобы мы могли отдавать энергию в моменты пикового потребления, запасая ее заранее», — рассказывает управляющий директор компании Gravitricity Чарли Блэр (Charlie Blair).

Завершение нефтяной эры

«Менее чем за секунду лебедки становятся генераторами, которые либо быстро генерируют большой заряд электроэнергии, либо выпускают ее медленнее в зависимости от того, что необходимо», — объясняет Блэр.

Когда требуется дополнительная энергия, груз отпускают, при этом вращение валов лебедок приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.

В этом году Эдинбургский стартап подписал соглашение с голландским производителем грузоподъемного оборудования Huisman о создании демонстрационной установки мощностью 250 кВт и проведении ее испытаний в Нидерландах и Шотландии в начале следующего года.

В своем исследовании аналитики Имперского колледжа отмечают, что технология Gravitricity особенно хорошо подходит для обеспечения балансировки энергосетей и рассчитали годовую приведенную стоимость хранения энергии (Levelised Cost of Energy Storage — LCOS) в долл. США/кВт в год с учетом всех факторов себестоимости и эффективности, включая капитальные затраты, эксплуатационные расходы, ставку дисконтирования, глубину разряда (процент номинальной емкости, снятой при разряде батареи) и ухудшение характеристик установки в течение 25-летнего срока эксплуатации. При использовании установки для регулирования частоты (около 700 рабочих циклов в год при продолжительности 15 минут и выходной мощности 4 МВт) система большого накопления энергии Gravitricity имеет расчетную LCOS в размере 141 долл. США/кВт в год, что ниже всех существующих альтернатив.

Основные выводы о технологии Gravitricity:

— Низкая удельная стоимость электроэнергии и высокая циклируемость являются ключевыми преимуществами Gravitricity.
— Идеально подходит для регулирования частоты и других задач с множественными ежедневными циклами.
— Более высокие эксплуатационные расходы в начальный период компенсируются очень длительным сроком эксплуатации (до 50 лет), высокой доступностью мощности, 100 % глубиной разряда и отсутствием ухудшения эксплуатационных характеристик.

По материалам источника:

Спасибо за прочтение! Если вам понравилось, пожалуйста, поделитесь с друзьями и в комментариях черкните пару строк своего мнения.