Швейцарская компания Energy Vault коммерциализирует новейшую технологию гравитационного накопления энергии, которая меняет правила игры в этой области.
Гравитационный накопитель энергии. Это не батарея, которая может деградировать со временем. Ему не нужна вода или редкие химические элементы, такие как литий или кобальт. Его работа не зависит от погоды и не подвержена влиянию экстремальных погодных условий. Он может выдерживать ураганные ветры 4-ой категории и землетрясения силой 8 баллов.
Теория
Принцип работы гравитационного накопителя основан на явлении, знакомом большинству из нас из школьного курса физики - превращении кинетической энергии в потенциальную и наоборот. Яблоко, висящее на ветке, обладает потенциальной энергией, величина которой зависит от массы самого яблока и высоты яблони. При падении потенциальная энергия превращается в кинетическую.
На этом же явлении основана работа ГАЭС. Потенциальная энергия воды, находящейся выше уровня течения, высвобождается в виде кинетической энергии при падении воды с высоты. Это приводит в действие турбины, которые в свою очередь вращают генераторы, производя электричество.
Как это устроено
Слабой стороной возобновляемой энергетики, как известно, является нестабильность выработки. Поэтому в сбалансированную энергосистему должны входить “хранилища” энергии. Как работают гравитационные накопители или твердотельные аккумулирующие электростанции (ТАЭС), как их еще называют?
Двигатели, работающие за счет избыточной возобновляемой энергии, поднимают на высоту композитные блоки массой 35 тонн. Таким образом, энергия солнца и ветра превращается в потенциальную и может храниться в таком виде, пока не понадобится. Один блок, поднятый на 100 метров менее чем за минуту, хранит почти 10 МВт•ч электроэнергии. Когда же солнце зашло за горизонт, или стих ветер, и возник дефицит энергии, блоки начинают постепенно опускаться. Прикрепленные к ним тросы вращают генератор, который снова вырабатывает электроэнергию и подает ее в сеть. Высвобождение потенциальной энергии можно замедлить или ускорить при необходимости, изменяя скорость спуска блоков на землю. Весь процесс контролируется искусственным интеллектом. По словам разработчика система может достигать эффективности примерно в 90%, работать в течение 30-40 лет, обеспечивая неограниченное количество циклов зарядки-разрядки без снижения изначальной емкости.
Первая коммерческая система Energy Vault 5 МВт / 35 МВт•ч была построена в июле 2020 года и подключена к национальной сети Швейцарии. По заверениям компании созданная ими модульная платформа может быть масштабирована с шагом 10 МВт•ч до емкости в несколько ГВт•ч. Генеральный директор Роберт Пикони объяснил, что на создание системы обычно уходит от 9 до 12 месяцев, при этом основным ограничением является время изготовления кирпичных композитов. В этом месяце компания объявила, что готовится к крупномасштабному развертыванию своей технологии в Китае, Гонконге и Макао. Первый китайский объект ёмкостью 100 МВт•ч будет запущен в 2022 году на предварительно выбранной площадке в Рудуне, провинция Цзянсу, недалеко от Шанхая.
Таким образом, новая технология призвана помочь ускорить развертывание хранилищ энергии «гигаваттного масштаба», которые могут поддерживать крупномасштабные ветровые и солнечные электростанции.
Экология
Технология гравитационных накопителей на сегодняшний день может похвастаться минимальным углеродным следом из всех существующих систем производства и хранения энергии. Для производства блоков используются исключительно отходы, которые в противном случае оказались бы на полигоне: например, отходы производства ископаемого топлива или лопасти ветряных турбин, специально измельченные для этой цели.
Кроме того, системы Energy Vault лишены таких рисков, как возгорание и выброс опасных газов, что присуще объектам по производству литий-ионных аккумуляторов.
Стоимость
Показатель приведенной стоимости хранения энергии (LCOS) для гравитационных накопителей оказался на 16% меньше, чем у литий-ионных аккумуляторов, и на 72% ниже, чем у гидроаккумулирующих электростанций. К такому выводу пришла консалтинговая компания Clean Horizon, сделав расчеты по указанным трем технологиям. При масштабировании технологии ее стоимость в будущем продолжит снижаться, что обеспечит ей большую конкурентоспособность на рынке хранения энергии.
Новая гравитационная технология не решает всех проблем солнечной и ветровой энергетики, но она помогает стать им более полезными для энергосистемы в целом. Учитывая же экологичность и конкурентную стоимость технологии, ожидается, что в ближайшем будущем этот рынок ждет колоссальный рост.
