Позвольте гравитации хранить энергию

Jun 25, 2023

Gravity Power LLC — стартап, базирующийся в Санта-Барбаре, штат Калифорния, — разработал недорогую, быстрозапускаемую и быстродействующую технологию хранения энергии, которая конкурирует с классическими гидроаккумулирующими гидро- и газовыми турбинами в пиковых и промежуточных режимах производства электроэнергии. Система проста, но ее потенциал огромен.

Большая часть устанавливаемого сейчас энергетического оборудования предназначена либо для возобновляемых источников энергии (преимущественно ветровой и солнечной энергии), либо для комбинированных циклов, работающих на газе, которые используют исторически низкие цены на природный газ. Однако многие из этих газовых электростанций были построены с дополнительной целью: служить быстродействующим источником электроэнергии, который может заменить возобновляемую генерацию, когда перестанет дуть ветер или не светит солнце. Лучшим технологическим выбором для «погони» за ветром и солнечной энергией является массовое хранение электроэнергии.

Сложности системного планирования и эксплуатации сети, связанные с возобновляемыми источниками энергии, подробно обсуждались в предыдущей статье («Хранение энергии обеспечивает генерацию точно в срок», апрель 2011 г., доступно на powermag.com). Ключевой темой этой статьи было то, что накопление энергии в коммунальных масштабах должно быть коммерциализировано, прежде чем возобновляемая электроэнергия сможет полностью реализовать свой потенциал.

Сегодня большинство крупных проектов по хранению энергии представляют собой не более чем транспортный контейнер, наполненный десятками тысяч маленьких батарей. Ценность хранения энергии действительно реализуется с помощью систем коммунального масштаба, способных «перемещать» большие объемы энергии ветра, производимой в основном в часы непиковой нагрузки, в часы пик, когда ценность энергии значительно выше. Это значение одинаково важно и для солнечных фотоэлектрических систем, которые активно работают, когда над головой проходят облака.

В предыдущей статье обсуждались несколько крупномасштабных технологий хранения энергии, находящихся на ранней стадии разработки. Компания Gravity Power LLC была отмечена как компания, выделяющаяся среди других, главным образом потому, что ее технология полностью соответствует принципу KISS (Google it) и должна быть внедрена в ближайшем будущем. Фактически, Министерство энергетики США изучило эту технологию и не смогло профинансировать опытно-конструкторские работы, поскольку никаких исследований и разработок не требовалось.

За время, потраченное на чтение этой статьи, даже нетехнологи интуитивно поймут, как работает система, и оценят ее простоту.

По словам генерального директора Gravity Power Тома Мэйсона, окончательная концепция дизайна сформировалась в 2008 году, за которым сразу же последовал первый раунд финансирования компании в начале 2009 года от The Quercus Trust, за которым последовала серия других небольших инвестиций. В настоящее время компания собирает раунд серии B для финансирования окончательного проектирования и тестирования системы. Первый патент Gravity Power, охватывающий эту технологию, был выдан Патентным ведомством США в мае 2012 года, а другие глобальные патенты находятся на рассмотрении.

Гравитационный силовой модуль (GPM) представляет собой простую машину (рис. 1). В основе системы лежит реверсивная насос-турбина и двигатель-генератор, очень похожие на те, которые используются в традиционных гидроаккумулирующих системах (ПГА) в течение 70 и более лет. На глубине 40 метров (м) под землей находится верхняя часть подземного «водяного контура», где расположена насос-турбина. Контур состоит из двух герметичных вертикальных шахт, заполненных водой. Первый представляет собой вал большого диаметра с вертикальным отверстием, называемый «приводным валом». Меньший — это вал «затвора». Внутри приводного вала находится большой поршень, который накапливает или возвращает энергию при гидравлическом перемещении вверх или вниз под действием воды. Вода – это просто гидравлическая жидкость. Вода течет по контуру в обоих направлениях: либо вода течет внутри контура системы, толкая поршень вверх, либо вода выталкивается поршнем в другом направлении при его падении.

Как и в обычной системе PSH, электроэнергия потребляется, когда реверсивный привод перекачивает воду из затвора в приводной вал под поршнем, поднимая поршень для хранения потенциальной энергии поршня. Чтобы высвободить накопленную энергию, поршень освобождается, и по мере его опускания вода прогоняется через насос, который теперь действует как водяная турбина и генерирует мощность с помощью двигателя, который теперь работает как генератор. Скорость падения поршня определяет мгновенную вырабатываемую мощность. Глубина и диаметр приводного вала, а также масса поршня определяют количество запасаемой энергии.