Гравитация как способ избавиться от недостатков чистой энергии

Найти зеленую энергию, когда ветер спокоен, а небо затянуто облаками, было непростой задачей. Хранение его в гигантских бетонных блоках может быть ответом.

В швейцарском долина, необычный многорукий кран поднимает высоко в воздух два 35-тонных бетонных блока. Блоки осторожно поднимаются по синей стальной раме крана, где они подвешены с обеих сторон горизонтального рычага шириной 66 метров. Всего имеется три рычага, в каждом из которых размещены тросы, лебедки и захватные крюки, необходимые для подъема еще одной пары блоков в небо, что придает аппарату вид гигантского металлического насекомого, поднимающего и укладывающего кирпичи со стальными сетками. Хотя высота башни составляет 75 метров, она легко затмевается лесистыми склонами Лепонтинских Альп южной Швейцарии, которые поднимаются со дна долины во всех направлениях.

Тридцать метров. Тридцать пять. Сорок. Бетонные блоки медленно поднимаются вверх с помощью двигателей, работающих на электричестве от швейцарской электросети. На несколько секунд они зависают в теплом сентябрьском воздухе, затем стальные тросы, удерживающие блоки, начинают разматываться, и они начинают свой медленный спуск, чтобы присоединиться к нескольким десяткам подобных блоков, сложенных у подножия башни. Именно для этого момента и был создан этот сложный танец из стали и бетона. По мере того, как каждый блок опускается, двигатели, которые поднимают блоки, начинают вращаться в обратном направлении, вырабатывая электричество, которое проходит по толстым кабелям, идущим вниз по боковой стороне крана, и попадает в электрическую сеть. За 30 секунд, в течение которых блоки опускаются, каждый из них вырабатывает около одного мегаватта электроэнергии: достаточно для питания примерно 1000 домов.

Эта башня является прототипом швейцарского энергетического хранилища, одного из ряда стартапов, которые находят новые способы использования силы тяжести для выработки электроэнергии. Полноразмерная версия башни может содержать 7000 кирпичей и обеспечивать достаточное количество электроэнергии для питания нескольких тысяч домов в течение восьми часов. Хранение энергии таким образом может помочь решить самую большую проблему, стоящую перед переходом на возобновляемую электроэнергию: найти способ с нулевым содержанием углерода поддерживать свет включенным, когда ветер не дует и солнце не светит. «Самое большое препятствие, с которым мы сталкиваемся, - получение недорогого хранилища», - говорит Роберт Пикони, генеральный директор и соучредитель Energy Vault.

Без способа обезуглероживания мирового электроснабжения мы никогда не достигнем чистого нуля выбросов парниковых газов к 2050 году. Производство электроэнергии и тепла составляет до четверти всех глобальных выбросов и, поскольку почти каждая деятельность, которую вы можете себе представить, требует электричества, очистка электросетей имеет огромные побочные эффекты. Если наше электричество станет более экологичным, то же самое произойдет и с нашими домами, промышленными предприятиями и транспортными системами. Это станет еще более важным по мере того, как все больше частей нашей жизни будут электрифицированы— особенно отопление и транспорт, которые будет трудно обезуглеродировать каким-либо другим способом. По данным Международного агентства по атомной энергии, ожидается, что вся эта электрификация удвоит производство электроэнергии к 2050 году. Но без простого способа хранить большое количество энергии, а затем высвобождать ее, когда она нам понадобится, мы никогда не сможем отказаться от нашей зависимости от грязных, загрязняющих окружающую среду электростанций, работающих на ископаемом топливе.

Именно здесь на помощь приходит накопление гравитационной энергии. Сторонники этой технологии утверждают, что гравитация обеспечивает простое решение проблемы хранения. Вместо того, чтобы полагаться на литий-ионные батареи, которые со временем разлагаются и требуют редкоземельных металлов, которые необходимо выкапывать из земли, Пикони и его коллеги говорят, что гравитационные системы могут обеспечить дешевый, обильный и длительный запас энергии, который мы в настоящее время упускаем из виду. Но чтобы доказать это, им нужно будет создать совершенно новый способ хранения электроэнергии, а затем убедить отрасль, которая уже делает все возможное для литий-ионных батарей, в том, что будущее хранения связано с падением чрезвычайно тяжелых грузов с большой высоты.

Испытательный полигон Energy Vault находится в небольшом городке Арбедо-Кастионе в Тичино, самом южном из 26 кантонов Швейцарии и единственном, где единственным официальным языком является итальянский. Предгорья Швейцарских Альп-подходящее место для запуска гравитационного хранилища энергии: В нескольких минутах езды на восток от офисов Energy Vault вы окажетесь у плотины Контра, бетонного сооружения, ставшего знаменитым в первой сцене GoldenEye, где Джеймс Бонд прыгает на тарзанке с 220-метровой дамбы, чтобы проникнуть на сверхсекретный советский объект по производству химического оружия. К северу от Арбедо-Кастионе еще одна возвышающаяся плотина перекрывает верхнюю долину Бленьо, сдерживая воды водохранилища Луццоне.

Вода и высота—Швейцария обладает обоими этими ресурсами в изобилии, именно поэтому страна была одним из первых пионеров старейшего и наиболее широко используемого крупномасштабного хранилища энергии на планете: гидрокачки. На самом севере Швейцарии находится старейшее действующее гидроагрегатное сооружение в мире. Гидроэлектростанция Engeweiher, построенная в 1907 году, работает в том же базовом помещении, что и башня энергетического хранилища. Когда электроснабжение в изобилии, вода закачивается вверх из близлежащего Рейна, чтобы заполнить резервуар Энгевайхера объемом 90 000 кубических метров. Когда спрос на энергию достигает максимума, часть этой воды выделяется через ряд вентилей и опускается на гидроэлектростанцию, где движение воды вниз вращает лопасти турбины и вырабатывает электроэнергию. В настоящее время Энгевайхер является местным местом красоты, популярным среди любителей бега трусцой и выгула собак из близлежащего города Шаффхаузен, но гидрокачка прошла долгий путь с начала 20-го века. Более 94 процентов из крупномасштабных хранилищ энергии в мире используется гидроэлектростанция, большая часть которой была построена в период с 1960-х по 90-е годы для использования дешевой электроэнергии, производимой атомными электростанциями, работающими в одночасье.

Источник