Швейцарская компания Energy Vault разрабатывает решения для хранения электрической энергии, в том числе запатентованное гравитационное хранилище на основе композитных блоков. Чтобы оценить эффективность этого подхода в больших масштабах, компания начала строительство двух хранилищ в Штате Техас США и Китае. Технология призвана повысить надежность энергосистемы и обеспечить интеграцию возобновляемых источников энергии при снижении затрат.
Накопление электроэнергии осуществляется в основном тремя способами: электрохимическое хранение с помощью аккумуляторов, механическое хранение с помощью насосно-аккумуляторных станций (STEP) и хранение сжатого воздуха. STEP — это гравитационные накопители: они состоят из двух водохранилищ, расположенных на разной высоте и соединенных трубами; когда спрос на электроэнергию меньше, насосная система перекачивает воду из нижнего водохранилища в верхнее. Когда спрос выше, система работает как гидроэлектростанция.
Решение Energy Vault основано на принципе работы водоочистных сооружений. Вода здесь не нужна: система работает за счет подъема/опускания блоков весом в несколько тонн. Система поднимает эти блоки на вершину огромной конструкции для хранения электроэнергии (в виде потенциальной гравитационной энергии), а затем «освобождает» блоки для подачи электроэнергии (блоки приводят в движение кабели, подключенные к генератору переменного тока). Небольшой экспериментальный завод уже работает недалеко от штаб-квартиры компании в Швейцарии. Теперь Energy Vault хочет доказать, что ее концепция работает в более широком масштабе.
Емкость накопителя 100 мегаватт-часов
Чтобы снизить зависимость коммунальных служб от ископаемых видов топлива (природного газа, угля, нефти) и стимулировать переход на возобновляемые источники энергии, необходимо разработать эффективные решения для хранения энергии, сказал CNET Роберт Пикони, генеральный директор Energy Vault. Доступность возобновляемых источников энергии не является непрерывной, и объемы производства обязательно колеблются в зависимости от погоды. Именно поэтому Energy Vault предлагает решение для долгосрочного хранения.
Как и в случае с STEP, принцип заключается в хранении электроэнергии, вырабатываемой возобновляемыми источниками энергии, в периоды избыточного производства — система, работающая от солнечных батарей или ветряных турбин, поднимает сотни 24-тонных блоков — и затем высвобождает энергию — путем освобождения блоков — когда спрос высок, а производство низкое.
Блоки хранятся в огромном прямоугольном здании, каждый размером 3,5 x 2,7 x 1,3 метра и весом 24 тонны. Они на 99% состоят из спрессованной земли, смешанной с водой и полимерами для стабилизации, и в итоге по плотности почти не уступают бетону. Рельсовая система доставляет их к лифту и обратно: каждый блок спускается со скоростью около 2 м/с, производя около одного мегаватта, по словам Марко Терруццина, инженера-механика и менеджера по коммерческим продуктам Energy Vault.
Экспериментальная система в Арбедо-Кастионе функционирует с 2020 года; подключенная к швейцарской электросети, она может вырабатывать пять мегаватт энергии. Объекты, строящиеся в Снайдере, штат Техас, и к северу от Шанхая, проверят, является ли технология достаточно экономичной и эффективной для работы в больших масштабах. Техасский объект имеет высоту 140 метров и рассчитан на обеспечение близлежащего коммунального предприятия 36 мегаватт-часами мощности.
Китайский объект еще больше: высотой около 120 метров и шире, чем объект Снайдера, его емкость составит 100 мегаватт-часов. По данным CNET, этого количества электроэнергии достаточно для питания 3400 домов в течение целого дня. Она будет использоваться для питания компании по утилизации и переработке отходов China Tianying Group. Строительство планируется завершить к июню.
Это решение для хранения энергии «предлагает революционную емкость от 2 до 18 часов при конкурентоспособной стоимости и эффективности более 80%», — говорится на сайте компании; заявленная общая эффективность сопоставима с эффективностью насосных гидроэлектростанций. Для увеличения емкости хранилища достаточно спроектировать еще более длинные здания с большим количеством лифтов, что позволит хранить еще больше блоков.
Технология Energy Vault имеет ряд преимуществ. Прежде всего, компания отмечает, что для строительства блоков используются местные материалы, а в качестве комплектующих применяются стандартные промышленные компоненты из предсказуемых региональных цепочек поставок. Кроме того, ее подход исключает риск возгорания из-за теплового выброса, связанного с химическими технологиями, что позволяет надежно работать в жаркой или влажной среде.
И, наконец, одним из самых сильных сторон системы является ее долговечность: в то время как аккумуляторы теряют емкость с течением времени, на систему Energy Vault дается гарантия как минимум на 35 лет. «Ключевым моментом нашего предложения является отсутствие деградации носителя энергии», — говорит Марко Терруццин.
Если концепция окажется эффективной на практике, она может повысить устойчивость и стабильность электросети, одновременно снизив стоимость хранения энергии. Последнее будет основным фактором при выборе технологии. Однако Energy Vault не раскрыла стоимость двух строящихся систем.
