Могат ли гравитационните батерии да спечелят войната при съхранението на енергия?

Докато налагането на възобновяемата енергия ускорява своя темп в световен мащаб, правителствата и енергийните компании се надпреварват да развият капацитет за съхранение на енергия, за да гарантират, че хората имат достъп до чиста енергия по всяко време на денонощието. Липсата на предвидимост и постоянство при много възобновяеми енергийни източници (ВЕИ) създаде нуждата от изграждането на големи стационарни батерии, което стимулира огромно количество инвестиции в нови технологии за по целия свят. Сега гравитационните батерии могат да помогнат да се оползотвори силата на вятърните и соларните паркове, дори когато метеорологичните условия остават неблагоприятни, пише Oilprice.

Гравитационните батерии действат, като използват енергия от проекти за възобновяема енергия, пренасяйки тежест във въздуха или до върха на дълбока шахта. Тъй като при това действие е необходима енергия, се използват лебедки за намаляване на тежестта, произвеждайки електричество от движението. Това означава, че енергията от ВЕИ проекти, които не могат да произвеждат постоянна мощност – като вятърни и слънчеви паркове, може да се съхранява по алтернативен на традиционните методи начин и да се използва при пиково търсене.

Тези механични батерии се основават на концепцията за помпено-акумулиращите водноелектрически централи (ПАВЕЦ), където водата от единия водоем, който се намира в ниската част на съоръжението, се изпомпва до горния водоем по време на часове със слабо търсене на електроенергия. При пиково търсене водата от горния водоем се пуска обратно към долния, оставяйки се на действието на гравитационните сили. Потокът минава през турбините и ги задвижва, произвеждайки електроенергия.

Няколко от тези проекти вече се разработват, като Обединеното кралство вижда потенциал за изграждане на 700 водноелектрически централи, които биха могли да осигурят до 7 гигавата капацитет за съхранение на енергия. Следователно не е изненадващо, че инженерите са били вдъхновени да адаптират тази идея към батериите.

Но дали гравитационните батерии са различни или по-добри от литиево-йонните аналози? Настоящият лидер на пазара, литиево-йонните батерии, се състоят от анод, катод, сепаратор, електролит и два токоотвода (положителен и отрицателен). Анодът и катодът съхраняват лития. Електролитът пренася положително заредени литиеви йони от анода към катода и обратно през сепаратора. Движението на литиевите йони създава свободни електрони в анода, което генерира заряд в положителния токов колектор. След това електричеството протича от токоприемника през захранвано устройство, като например лаптоп, към отрицателния токоприемник. Сепараторът блокира потока от електрони вътре в батерията. Докато батерията се разрежда и осигурява ток, анодът освобождава литиеви йони към катода, генерирайки поток от електрони от едната страна към другата. При включване на устройството се случва обратното: литиевите йони се освобождават от катода и се приемат от анода.

Ако светът иска да продължи да произвежда достатъчно литиево-йонни батерии, за да захранва електрическите устройства и да ускори зеления преход, ще трябва значително да разшири своите операции за добив на литий, за да осигури достатъчно от метала за производството на тези батерии. За разлика от тях, гравитационните батерии са механични инструменти, които могат да се използват многократно с лесна поддръжка, с продължителност на живот от около 50 години. Асмае Берада, експерт по съхранение на енергия в Международния университет на Рабат в Мароко, изтъква основния минус на литиево-йонните батерии: „Литиево-йонните клетки се разграждат, което означава, че капацитетът им за съхранение пада непоправимо с течение на времето“.

Изследванията на Берада предполагат, че цената на литиевите батерии е около два пъти по-висока по време на експлоатационния им живот спрямо механичните алтернативи. Гравитационните батерии също могат да намалят зависимостта на индустриите от минералите и металите, необходими за производството на химически батерии, облекчавайки тежестта върху околната среда.

Някои проекти на гравитационни батерии вече са в процес на тестване. В Обединеното кралство фирмата Gravitricity тества прототип на гравитационна батерия в пристанището на Лейт, Единбург. Компанията използва 15-метрова стоманена кула, за да повдигне две 25-тонни тежести върху стоманени кабели, използвайки слънчева енергия. Когато е необходима мощност, тежестите се спускат, което позволява двигателите да се използват като генератори за производство на електричество. Старшият инженер по тестове и симулации на фирмата, Джил Макферсън, споделя, че тестът е бил успешен.

„Тестовият проект беше оценен на 250 киловата – достатъчно, за да покрие търсенето на енергия на около 750 домакинства макар и за много кратко време. Но това потвърди, че можем да доставим пълна мощност за по-малко от секунда, което е ценно за операторите, които трябва да балансират мрежата секунда по секунда. Освен това може да доставя големи количества по-бавно, така че е много гъвкав”, изтъква Макферсън.

Въпреки последните развития в сектора обаче, компаниите са изправени пред безброй предизвикателства при разширяването на тази технология, за да се използва в по-голям мащаб. Няколко фирми направиха смели твърдения за потенциала на своите операции с гравитационни батерии, като Gravtricity заявява, че може да захранва около 63 000 домакинства на всеки час работа на своето 20-мегаватово съоръжение, а GravitySoilBatteries вярва, че може да осигури до 30 000 киловатчаса капацитет за съхранение на енергия. И все пак този напредък все още предстои да бъде тестван от търговска гледна точка.

Засега концепцията за гравитационните батерии остава в начален стадий на развитие и само времето ще покаже дали стартъпите, разработващи технологията, ще успеят я развият в мащаб.