Gravitricity και Energy Vault πρωτοπορούν σε μια διαφορετική νέα εναλλακτική λύση στις μπαταρίες για αποθήκευση δικτύου σύμφωνα με το IEEE Spectrum.
Πρωτοποριακές εταιρείες με νέες τεχνολογίες κάνουν την εμφάνιση τους στον τομέα της αποθήκευσης εντείνοντας τις προσπάθειες δημιουργίας εναλλακτικής λύσης στις μπαταρίες σύμφωνα με το IEEE Spectrum.
Οι γερανοί είναι ένα γνωστό προσάρτημα σχεδόν σε οποιοδήποτε ορίζοντα μιας πόλης, αλλά ένας στην ελβετική πόλη Ticino, κοντά στα ιταλικά σύνορα, θα ξεχωρίζει οπουδήποτε:
Έχει έξι βραχίονες!Αυτός ο αστερίας ύψους 110 μέτρων στον ορίζοντα δεν προορίζεται για κατασκευές. Σκοπός του είναι να αποδείξει ότι οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας μπορούν να αποθηκεύσουν βαριά φορτία και αυτά να απελευθερώνονται για μεταφορά ενέργειας.
Η Energy Vault, η ελβετική εταιρεία που δημιούργησε
τη δομή, έχει ήδη ξεκινήσει ένα πρόγραμμα δοκιμών που θα οδηγήσει στις
πρώτες εμπορικές της εγκαταστάσεις το 2021.
Τουλάχιστον ένας ανταγωνιστής, η Gravitricity,
στη Σκωτία, πλησιάζει στο ίδιο σημείο. Και υπάρχουν τουλάχιστον δύο
εταιρείες με παρόμοιες ιδέες, η New Energy Let’s Go και η Gravity Power,
που αναζητούν χρηματοδότηση για να προωθήσουν τα έργα τους.
Σχεδόν όλες οι λειτουργικές εγκαταστάσεις αποθήκευσης ενέργειας στον κόσμο, οι οποίες μπορούν να παράγουν συνολικά 174 gigawatts, βασίζονται στη βαρύτητα.
Η αντλία υδροδότησης, όπου το νερό αντλείται σε υψόμετρο και στη συνέχεια τρέχει πίσω από μια τουρμπίνα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, έχει κυριαρχήσει από καιρό στο τοπίο αποθήκευσης ενέργειας.
Αλλά η αντλία υδροδότησης απαιτεί κάποια πολύ συγκεκριμένη γεωγραφία - δύο μεγάλες δεξαμενές νερού σε υψόμετρα με κατακόρυφο διαχωρισμό. Επομένως, η δημιουργία νέων τοποθεσιών είναι δύσκολη.
Οι επιδιώξεις των ανταγωνιστών
Η Energy Vault, η Gravity Power και οι ανταγωνιστές τους επιδιώκουν να
χρησιμοποιήσουν την ίδια βασική αρχή - ανύψωση μάζας την οποία αφήνουν
να πέσει - δημιουργώντας μια εγκατάσταση αποθήκευσης ενέργειας, που να μπορεί να χωρέσει σχεδόν παντού.Ταυτόχρονα, ελπίζουν σε καλύτερες μπαταρίες – η νέα ανάγκη για την αποθήκευση ανανεώσιμης ενέργειας - εξασφαλίζοντας χαμηλότερο μακροπρόθεσμο κόστος και λιγότερα περιβαλλοντικά ζητήματα.
Σε δράση, οι πύργοι της Energy Vault συσσωρεύουν
συνεχώς και αποσυνδέουν τούβλα 35 μετρικών τόνων που είναι τοποθετημένα
σε ομόκεντρους δακτυλίους.
Τα τούβλα σε έναν εσωτερικό δακτύλιο, για παράδειγμα, μπορεί να στοιβάζονται για να αποθηκεύσουν 35MWh ενέργειας.
Στη
συνέχεια, οι έξι βραχίονες του συστήματος θα το αποσυναρμολογούσαν
συστηματικά, μειώνοντας τα τούβλα για να χτίσουν έναν εξωτερικό δακτύλιο
και εκφορτίζοντας ενέργεια στη διαδικασία.
Αυτό το παιχνίδι Jenga αποθήκευσης joule μπορεί να είναι περίπλοκο. Για να διατηρηθεί μια σταθερή έξοδος, ένα μπλοκ πρέπει να επιταχύνεται ενώ ένα άλλο επιβραδύνεται.
«Γι 'αυτό χρησιμοποιούμε έξι όπλα», εξηγεί ο Robert Piconi, διευθύνων σύμβουλος και συνιδρυτής της εταιρείας.
Επιπλέον,
το σύστημα ελέγχου πρέπει να αντισταθμίσει τις ριπές του ανέμου, την
εκτροπή του γερανού καθώς παίρνει και καθορίζει τούβλα, την επιμήκυνση
του καλωδίου, τα εφέ εκκρεμούς και πολλά άλλα, τονίζει.
Ο Piconi βλέπει πολλά πλεονεκτήματα έναντι των μπαταριών. Το νούμερο ένα πλεονέκτημα είναι περιβαλλοντικό.
Αντί
για χημικές αντιδράσεις και τις δύσκολα ανακυκλώσιμες μπαταρίες ιόντων
λιθίου, οι κύριες δαπάνες της Energy Vault είναι τα ίδια τα τούβλα, τα
οποία μπορούν να κατασκευαστούν επιτόπου χρησιμοποιώντας διαθέσιμα
απορρίμματα, αναμεμιγμένα με ένα νέο πολυμερές από τον τσιμέντο από την
μεξικανική Cemex. Ένα άλλο πλεονέκτημα, σύμφωνα με τον Piconi, είναι το
χαμηλότερο λειτουργικό κόστος, το οποίο η εταιρεία
υπολογίζει ότι είναι περίπου το ήμισυ του κόστους εγκατάστασης μπαταρίας
με ισοδύναμη χωρητικότητα αποθήκευσης.
Οι εγκαταστάσεις αποθήκευσης μπαταριών πρέπει να αντικαθιστούν συνεχώς τα κελιά καθώς υποβαθμίζονται. Αλλά αυτό δεν ισχύει για την υποδομή της Energy Vault.
Η startup έχει αρκετή αυτοπεποίθηση για να ισχυριστεί ότι το 2021 θα ξεκινήσει πολλές εμπορικές εγκαταστάσεις. Η Energy Vault συγκέντρωσε 110 εκατομμύρια δολάρια το 2019 για να κατασκευάσει τη μονάδα επίδειξης στο Ticino και να προετοιμαστεί για μια « διηπερωτική ανάπτυξη », λέει ο Piconi.
Gravitricity
Σε σύγκριση με την προσπάθεια της Energy Vault, το σύστημα αποθήκευσης ενέργειας της Gravitricity φαίνεται απλό.
Αντί για ένα γερανό έξι βραχίονων, η Gravitricity σχεδιάζει να
τραβήξει ένα ή μερικά πολύ βαρύτερα βάρη πάνω και κάτω από
εγκαταλελειμμένα, ορυχεία βάθους χιλιομέτρου.
Αυτές
οι μεγάλες μάζες, κάθε μία μεταξύ 500 και 5.000 μετρικών τόνων,
χρειάζονται μόνο κίνηση σε εκατοστά ανά δευτερόλεπτο για να παράγουν
έξοδο επιπέδου μεγαβάτ.
Η χρήση ενός βάρους προσφέρεται για εφαρμογές
που χρειάζονται υψηλή ισχύ γρήγορα και για μικρό χρονικό διάστημα, όπως
η αντιμετώπιση των διακυμάνσεων δευτερολέπτου στο δίκτυο και η
διατήρηση της συχνότητας του δικτύου, εξηγεί ο Chris Yendell, διευθυντής
ανάπτυξης έργων της Gravitricity.
Τα συστήματα πολλαπλού βάρους θα ήταν πιο κατάλληλα για την αποθήκευση περισσότερης ενέργειας και την παραγωγή για μεγαλύτερες περιόδους, επισημαίνει.
Η
απόκριση second-to-second είναι πρωταρχικός στόχος του έργου 250
κιλοβάτ που η Gravitricity χτίζει στη Σκωτία. Το βάρος των 50 μετρικών
τόνων θα αναρτηθεί 7 μέτρα πάνω σε έναν πύργο δικτυωτού πλέγματος.
Οι
δοκιμές θα πρέπει να ξεκινήσουν κατά το πρώτο τρίμηνο του 2021.
«Αναμένουμε να μπορέσουμε να επιτύχουμε πλήρη παραγωγή σε λιγότερο από
ένα δευτερόλεπτο από τη λήψη ενός σήματος», λέει ο Yendell.
Η εταιρεία θα αναπτύξει επίσης περιοχές για ένα πρωτότυπο πλήρους κλίμακας κατά τη διάρκεια του 2021. «Αυτή τη στιγμή συνεργαζόμαστε με τους ιδιοκτήτες ορυχείων στην Ευρώπη και τη Νότια Αφρική, [και σίγουρα] ενδιαφερόμαστε και για τις Ηνωμένες Πολιτείες», λέει ο Yendell. Ένα τέτοιο σύστημα πλήρους κλίμακας θα τεθεί σε λειτουργία το 2023.
Η Gravity Power και ο ανταγωνιστής της, η New Energy
Let’s Go, η οποία απέκτησε την τεχνολογία της από την πτωχευμένη Heindl
Energy, αναζητούν επίσης υπόγεια αποθήκευση ενέργειας, αλλά εμπνέονται
πιο στενά από την αντλία υδροδότησης. Αντί να αποθηκεύουν ενέργεια
χρησιμοποιώντας δεξαμενές σε διαφορετικά υψόμετρα, αντλούν νερό υπόγεια
για να ανυψώσουν ένα πολύ βαρύ έμβολο.
Η πτώση του εμβόλου
ωθεί το νερό μέσω ενός στροβίλου για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
«Οι δεξαμενές είναι η Αχίλειος πτέρνα των αντλημούμενων υδροηλεκτρικών
», λέει ο Jim Fiske, ιδρυτής της εταιρείας. «Ολόκληρος ο σκοπός ενός
σταθμού Gravity Power είναι να εξαλείψει την ανάγκη για δεξαμενές. [Τα
εργοστάσιά μας] μας επιτρέπουν να τοποθετούμε αντλία υδροηλεκτρικής
κλίμακας και ικανότητα αποθήκευσης σε 3 έως 5 στρέμματα [1 έως 2
εκτάρια] επίπεδης γης. Η Fiske εκτιμά ότι ένα
εργοστάσιο 400 μεγαβάτ με 16 ώρες αποθήκευσης (ή 6,4 gigawatt / ώρες
ενέργειας) θα έχει ένα έμβολο που υπερβαίνει τα 8 εκατομμύρια μετρικούς
τόνους. Αυτό μπορεί να ακούγεται γελοίο, αλλά εντάσσεται στις ικανότητες
ανύψωσης των σημερινών αντλιών και στους περιορισμούς των κατασκευαστικών διαδικασιών, υποστηρίζει.
Ενώ οι εταιρείες αναμένουν ότι τέτοιοι υπόγειοι χώροι αποθήκευσης θα
είναι πιο οικονομικοί από τις εγκαταστάσεις μπαταριών, εξακολουθούν να
είναι ακριβοί. Αλλά οι χώρες που ανησυχούν για το μεταβαλλόμενο κλίμα
μπορεί να είναι διατεθειμένες να πληρώσουν για επιλογές αποθήκευσης,
όπως αυτές, όταν αναγνωρίζουν τη σοβαρότητα της κατάστασης.