Jak działają baterie grawitacyjne, dzięki którym magazynujemy energię ze źródeł odnawialnych?

W tym artykule:

1. Magazyny energii są pilnie potrzebne
2. Energię może magazynować woda albo betonowe klocki
3. Stare kopalnie można wykorzystać do magazynowania energii

Ramiona dźwigu za dnia chwytają bloki betonu jeden po drugim i układają w wielką wieżę, przypominającą dziecięce budowle z klocków. W nocy konstrukcja jest rozbierana i tak dzień w dzień, miesiąc po miesiącu, rok po roku.

Czy możemy uniezależnić naszą energetykę od Rosji? Tak i trzeba zrobić to jak najszybciej [WYWIAD]

Po inwazji rosyjskich wojsk na Ukrainę, Zachód zareagował błyskawicznie. Zaczął nakładać szereg sankcji, które konsekwentnie izolują Rosję politycznie i gospodarczo. Pieniądze za rosyjs...

Syzyfowa praca? Nie, to oryginalny sposób na gromadzenie i przechowywanie energii – jedno z największych wyzwań, przed jakimi stoi nasza cywilizacja. Energii, choćby tej dostarczanej przez słońce, mamy dużo. Problemem jest ogromna nieprzewidywalność źródeł odnawialnych.

Magazyny energii są pilnie potrzebne

Nie dość, że za pomocą paneli fotowoltaicznych prąd możemy generować tylko za dnia, a chcielibyśmy zużywać go całą dobę (choćby do lodówek). Na domiar złego ilość generowanej energii zależy także od pogody – zachmurzenia w przypadku fotowoltaiki, i siły wiatru, jeśli mówimy o turbinach wiatrowych. Dlatego przestawienie gospodarki na energię odnawialną jest tak skomplikowane.

Nie wystarczy bowiem zbudować wielkich farm fotowoltaicznych czy wiatrowych. Równie ważna jest możliwość zgromadzenia energii tak, by można było uwalniać ją, gdy źródła odnawialne nie produkują jej wystarczająco dużo lub w ogóle tego nie robią.

Problem gromadzenia energii nie jest problemem nowym. Również tradycyjna energetyka musi się z nim borykać, by szybko sprostać zmieniającemu się w ciągu doby zapotrzebowaniu na prąd. „Rozpędzenie” lub „spowolnienie” wielkiej elektrowni, takiej jak np. Bełchatów, po prostu nie jest możliwe. Podobnie wygląda to w przypadku energetyki jądrowej.

Dlatego w systemach energetycznych montowane są różnego rodzaju magazyny energii. Część z nich ma za zadanie stabilizować dostawy prądu przez kilka chwil, potrzebnych do uruchomienia bardziej wydajnego źródła, np. elektrowni gazowej. Cały system budowany był jednak z myślą o tradycyjnych sposobach produkcji prądu, zdecydowanie stabilniejszych i bardziej przewidywalnych niż źródła odnawialne.

Energię może magazynować woda albo betonowe klocki

Aż 95 proc. systemów przechowywania energii na świecie to tzw. elektrownie szczytowo-pompowe. Ich łączna moc wynosi 184 GW (ponad 36 razy więcej niż moc elektrowni w Bełchatowie). Zasada działania jest prosta. Elektrownia ma dwa zbiorniki wody – górny i dolny.

Gdy potrzeba prądu, woda z górnego zbiornika przepuszczana jest przez turbiny generatorów do zbiornika dolnego. Z kolei nadmiar energii elektrycznej wykorzystywany jest do pompowania wody ze zbiornika dolnego do górnego.

To bardzo efektywne rozwiązanie, bo sprawność cyklu wynosi ok. 80 proc. z uwzględnieniem parowania wody. Szybko można uruchomić dodatkową moc – od sygnału startu do osiągnięcia pełnej wydajności mijają zaledwie trzy minuty.

Największa polska elektrownia szczytowo-pompowa o mocy 716 MW i pojemności 3,6 GWh jest w Żarnowcu. Pierwotnie miała magazynować energię z planowanej tam elektrowni atomowej. Tej jednak w końcu nie wybudowano.

Zielona energia jeszcze bardziej eko? Oto generator prądu na deszcz

Deszczówka już wkrótce może być wydajnym źródłem odnawialnej energii elektrycznej. Urządzenie z pomocą jednej kropli potrafi zasilić na chwilę 100 żarówek typu LED.

Nie wszędzie jednak można zbudować elektrownię wodną. Stąd pomysły, by zamiast wody użyć ciężarów, które można podnosić za pomocą silników elektrycznych, a przy ich opuszczaniu odzyskiwać przechowaną w ten sposób energię. Kilka firm na świecie buduje już instalacje tego typu.

Szwajcarska Energy Vault planuje składowanie energii w postaci wielkich słupów z betonowych bloków, układanych precyzyjnie przez automatyczne dźwigi. Jeden słup jest w stanie przechować nawet 80 MWh energii. To mniej więcej tyle, ile jest w stanie zgromadzić elektrownia Czorsztyn-Nidzica-Sromowce Wyżne.

Taki słup oferuje stałe zasilanie na poziomie 8 MW przez 16 godzin, czyli jest w stanie zasilać ok. 8 tys. domów jednorodzinnych. Co ważniejsze, energię można tak przechowywać dowolnie długo, bo – w odróżnieniu od wody w zbiorniku – beton nie paruje.

Stare kopalnie można wykorzystać do magazynowania energii

Z kolei firma Gravitricity z Wielkiej Brytanii planuje przechowywać energię z wykorzystaniem starych szybów kopalnianych. Mają być do nich spuszczane ciężary ważące po 500 ton.

Obecnie Gravitricity uruchamia instalację testową. W porcie w Edynburgu zainstalowana została 15-metrowa wieża z dwoma 25 tonowymi ciężarami. Instalacja oferuje moc 250 kW, czyli jest w stanie dostarczyć prąd do ok. 250 budynków jednorodzinnych.

Rozwiązanie Gravitricity ma tę przewagę nad pomysłem Energy Vault, że moc takiego magazynu można płynnie regulować w bardzo szerokim zakresie. Można bowiem powolutku opuszczać ciężary jeden po drugim, produkując mało prądu, ale za to przez bardzo długi czas, albo spuścić wszystkie naraz z dużą prędkością, zapewniając w ten sposób szybki zastrzyk energii.

Metody bazujące na grawitacji są tanie i proste do wykonania. Jednak problemem może okazać się przestrzeń niezbędna do gromadzenia energii, zwłaszcza jeśli musimy jej przechowywać naprawdę dużo. Dwustumetrowe wieże Energy Vault z pewnością znajdą swoich przeciwników argumentujących, że instalacje szpecą krajobraz.

Z kolei opuszczone szyby kopalniane wykorzystywane przez Gravitricity nie są aż tak często spotykane. Możliwości wykopania nowego szybu też często są ograniczone, bo zależą od warunków geologicznych, a poza tym takie przedsięwzięcie zwiększa koszty inwestycji.

Czytaj więcej fascynujących artykułów:

Naukowcy odkryli sposób na upały. Wystarczy taśma i folia

Rozwiązanie jest dziecinnie proste, tanie i w zasięgu każdego. Czy to będzie nowy sposób na upały?

Nowe panele fotowoltaiczne produkują także wodę. „Wysysają” ją z powietrza, nawet na pustyni

Czy można za jednym zamachem produkować elektryczność i czystą wodę? To właśnie robi nowy wynalazek saudyjskich uczonych.

Wtyczka do Słońca czyli jak ujarzmić największą baterię?

Ze Słońca spływa więcej energii, niż nam potrzeba. Gdybyśmy tylko potrafili ją łapać...