Betoninė baterija? Perteklinės energijos saugojimas paprasčiau

Energy Vault nuotrauka

Technologijos Betoninė baterija? Perteklinės energijos saugoji...

Apie elektros energiją mes dažnai net nesusimąstome – ji tiesiog visada yra šalia. Bet norėdamos užtikrinti nenutrūkstantį elektros tiekimą vartotojams, energijos gamybos ir skirstymo kompanijos turi užtikrinti balansą tarp gamybos ir vartojimo. Vartojimo poreikis kinta nuolatos ir nevienodai skirtingose vietose, o gamybos apimčių taip greitai pakeisti dažnai neįmanoma. Tą padaryti dar sunkiau bus ateityje, kai vis didesnė elektros energijos dalis bus gaminama saulės ir vėjo jėgainėse, kurių gamybos apimtis kontroliuoti daug sunkiau, nei šiandien įprastų iškastinį kurą deginančių elektrinių. Taigi labai daug lėšų investuojama į energijos saugojimo technologijas, nuo hidroakumuliacinių elektrinių iki ličio jonų baterijų. Bet, pasirodo, kartais sprendimai gali būti žymiai paprastesni – tiesiog betono blokų kilnojimas.

Energijos saugojimo uždavinį suprasti nesunku. Reikalinga sistema, kuri galėtų atlikti darbą, tinkle esant pertekliniam energijos kiekiui, ir to darbo rezultatus panaudoti energijos generavimui tada, kai tos energijos reikia. 96 procentai energijos saugojimo pasaulyje vykdoma labai primityviu būdu – pumpuojant vandenį. Vandens pakėlimas iš žemesnio rezervuaro į aukštesnį sunaudoja energijos, bet padidina vandens potencinę energiją.

Prireikus papildomos energijos, vanduo išleidžiamas iš aukštesnio rezervuaro į žemesnį, krisdamas suka turbiną ir generuoja reikalingą energiją. Sistema tampa vandens jėgaine pagal pareikalavimą.

Problema su vandens pumpavimu – tam reikia tinkamos geografijos ir daug vandens. Toli gražu ne kiekviena valstybė turi tinkamų upių ir slėnių, kuriuose galėtų saugoti daug vandens. Be to, geriamas vanduo tampa vis brangesniu ištekliu, todėl naudoti jį energijos saugojimui darosi neefektyvu. O energijos saugojimo poreikis tik auga. Sudėtingos naujos technologijos, tokios kaip ličio jonų baterijos, kol kas nepaplito tiek, kiek buvo tikimasi. O štai viena Šveicarijos kompanija, Energy Vault, mano, kad sprendimas yra... betoninis.

Betoninės baterijos konceptas. Energy Vault vizualizacija

Energy Vault siūloma technologija – didžiulis keliamasis kranas, kilnojantis betono blokus. Technologijos principas visiškai toks pat, kaip ir vandens pumpavimo. Esant energijos pertekliui, betono blokai keliami nuo žemės ir statomi į bokštą, o atsiradus papildomam poreikiui, jie nuleidžiami žemyn, taip sukant krane įtaisytą turbiną. Tokios saugyklos privalumai, lyginant su vandens pumpavimu, akivaizdūs: betono blokams nereikia specialaus rezervuaro, taigi nėra priklausomybės nuo geografijos; betonas už vandenį tankesnis pustrečio karto, taigi reikalingas mažesnis saugyklos tūris; galiausiai, betonas yra biologiškai inertiškas, taigi tuos pačius blokus galima naudoti ilgai, nesibaiminant uždumblėjimo ar kitų problemų, kurios gali kilti vandens rezervuare.

Šiuo metu didžiausia pasaulyje pumpuojamo vandens baterija – hidroakumuliacinė elektrinė Bath County, Virdžinijoje, JAV. CHA Companies nuotrauka

Šiuo metu kompanija turi pasistačiusi demonstracinę saugyklę – 20 metrų aukščio kraną, kilnojantį 500 kilogramų masės betono luitus. Šis įrenginys jiems kainavo 2 milijonus dolerių. Tai gali atrodyti didelė suma, bet palyginus su kitomis saugyklomis paaiškėja, kad yra kaip tik priešingai: 100 megavatvalandžių Tesla Megabaterija Australijoje kainavo 66 milijonus dolerių, pumpuojamo vandens saugyklų kainos yra panašios. Kompanijos atstovų teigimu, pilno dydžio jėgainė – 140 metrų aukščių šešių kranų sistema, kilnojanti 35 tonų masės blokus ir galinti sukaupti iki 35 megavatvalandžių energijos – turėtų kainuoti iki dešimties kartų daugiau. Vis dar nelabai didelė suma, turint omeny, kad 35 megavatvalandės yra tiek, kiek per parą suvartoja maždaug 1500 vidutinių Lietuvos šeimų. Apskritai visoje Lietuvoje per parą suvartojama apie 30 gigavatvalandžių elektros energijos, taigi tūkstantis pilnai pakrautų tokių bokštų galėtų visiškai patenkinti Lietuvos energijos poreikius, jei kada visą parą neveiktų nei viena elektrinė. Kitas palyginimas – Kruonio hidroakumuliacinė elektrinė gali sukaupti 10 gigavatvalandžių, arba tiek, kiek 300 bokštų.

Kruonio hidroakumuliacinė elektrinė. „Lietuvos energijos gamybos“ nuotrauka

Apskritai pati Energy Vault idėja nėra labai nauja – ir kranai, ir turbinos egzistuoja seniai, betono blokai kaip energijos kaupimo priemonę irgi gana akivaizdus sprendimas. Technologija taip pat yra efektyvi – nuleidus betono bloką žemyn, atgaunama apie 85 proc. energijos, sunaudotos jam pakelti; ličio jonų baterijos yra nedaug efektyvesnės – atiduoda 90 proc. pakrovimui sunaudotos energijos. Didžiausia Energy Vault inovacija – programinė įranga ir veiklos automatizavimas.

Nuolat besikeičiantis elektros gamybos ir vartojimo balansas reikalauja nuolatinių krovinio kilnojimų. Žmonės tą daryti gal ir pajėgtų, bet kiltų klaidų pavojus, o klaidos čia gali būti labai pavojingos, jei visas betoninis bokštas sugriūtų. Tuo labiau, kad statybinis betonas kainuoja daug, todėl siekiant mažinti kaštus, reikėtų naudoti prastos kokybės, didelių apkrovų neatlaikantį betoną, su kuriuo reikėtų elgtis atsargiai.

Automatizuota sistema leidžia šių pavojų išvengti, tačiau ją kuriant reikėjo išspręsti kelias svarbias problemas, pavyzdžiui realių galbūt netvarkingai išdėstytų blokų paėmimo ir paleidimo, vėjo poveikio kompensavimo. Kompanija tikina, kad problemos išspręstos ir šiuo metu ieško investuotojo, norinčio statyti pirmąją pilno dydžio saugyklą.

Tesla Mega Battery ličio jonų baterija Australijoje. Reuters nuotrauka

Savaime suprantama, šiai technologijai įsitvirtinti rinkoje gali būti keblu. Ličio jonų baterijos tobulėja ir pinga, be to, užima gerokai mažiau vietos ir gali būti transportuojamos. Iš kitos pusės, betoninės saugyklos blokų gamybai gali panaudoti statybines atliekas, o jų talpa nemažėja per visą veiklos laikotarpį, kuris gali tęstis net 30 metų – ilgiau, nei šiandieninių ličio baterijų gyvavimo trukmė. Taigi betoninių bokštų apsupti keliamieji kranai gali jau netrukus tapti XXI a. kraštovaizdžio dalimi.


Parengta pagal Quartz straipsnį. Nei šio teksto autorius, nei Techo neturi jokio ryšio su Energy Vault.

Techo naujienos į Jūsų el. pašo dėžutę: