Гравитационные накопители энергии - это один из видов длительное хранение энергии. Будущий потенциал развития этой более долговечной и крупномасштабной технологии хранения энергии неизмерим.
1. Накопитель энергии для крана
В бескрайней пустыне стоит 70-метровый кран. На шести механических стрелах подвешено около 30 тонн кирпичей, которые медленно падают с высоты на землю. Кирпичи состоят из хвостов шахт, угольной золы и других отходов. Это первый прототип гравитационного накопителя энергии, расположенный в Арбедо-Кастионе, Швейцария, и является большой инициативой компании Energy Valut.
В 2022 году EV Company перейдет от высотных башен к 20-этажным бегемотам-модульным зданиям (EVRC). Эта хрустальная крепость, построенная как строительные блоки, контролирует поступление и выработку электроэнергии с помощью механизированного процесса "подъема" и "спуска" и системы управления энергопотреблением для хранения и выдачи электроэнергии.
2. Накопление энергии в лифте
В прошлом году ученые из Международного института прикладного анализа в Австрии предложили концепцию "лифта" технологии хранения энергии (LEST). Лифтовые накопители энергии обычно имеют 2 взаимосвязанных хранилища: одно в основании высотного здания, а другое - на его вершине. Энергия накапливается, когда лифт опускается вниз, и высвобождается, когда лифт поднимается вверх.
Как правило, чем тяжелее предмет, перевозимый лифтом, тем больше гравитационная потенциальная энергия и тем больше преобразуется электрическая энергия. Поэтому некоторые тяжелые предметы необходимо хранить в лифте.
Некоторые скажут, что это слишком хлопотно: во-первых, тяжелые предметы будут занимать время и пространство людей, а во-вторых, лифту придется выполнять ряд работ по затаскиванию и вытаскиванию, что просто нецелесообразно.
На самом деле, это не так. Система накопления энергии в лифте очень умна. Она определяет ежедневное использование лифта. Когда лифт используется реже или в период "окна", в нем перевозятся тяжелые предметы, и оборудованный робот-трейлер также будет отвечать за подъем тяжелых предметов. Тяжелые предметы обычно хранятся в удаленных помещениях.
3. Шахтные накопители энергии
В феврале этого года та же австрийская команда, о которой говорилось выше, предложила подземный гравитационная система накопления энергии (UGES) на базе шахт. Когда цены на электроэнергию высоки, песок можно засыпать в подземные шахты для выработки электроэнергии. Когда цены на электричество дешевы, песок из шахты можно использовать для хранения энергии.
Подземная система хранения гравитационной энергии представляет собой единое целое, состоящее из шахт, электродвигателей, генераторов, верхнего и нижнего хранилищ и горного оборудования. Генераторные установки, расположенные по обе стороны шахты, двигают каждый лифт вверх и вниз, вырабатывая электроэнергию на пути вниз и используя часть энергии на пути обратно вверх.
Для достижения максимальной эффективности лифт загружает песок на поверхности, удаляет его на дне шахты и возвращается пустым. Лифты также поднимают часть песка обратно на поверхность, когда в сети образуется избыток энергии.
Как правило, чем глубже, шире и больше шахта, тем больше емкость накопителя энергии и больше доступной мощности.
4. Железнодорожные накопители энергии
В апреле 2016 года американская энергетическая компания Advanced Rail Energy Storage (ARES) выиграла проект стоимостью $55 миллионов от Бюро по управлению земельными ресурсами штата Невада по использованию железнодорожных локомотивов для хранения энергии.
Компания построила шестимильный участок железнодорожного полотна, идущего в гору, с тяжелыми локомотивами, сделанными из монолитного железобетона, каждый из которых весил около 4300 тонн и мог развивать максимальную скорость 16 миль в час. При накоплении электроэнергии остатки электричества используются для того, чтобы подтолкнуть локомотив к "станции" на вершине склона, и электрическая энергия сохраняется в виде гравитационной потенциальной энергии; при выработке электроэнергии локомотив спускается вниз, и гравитационная потенциальная энергия преобразуется в электрическую энергию для начала выработки электроэнергии.
По оценкам, стоимость конфигурации этой системы составляет около 60% от стоимости насосной гидроэлектростанции с эквивалентной производительностью, а срок ее службы - 40 лет. Компания также сообщила, что эффективность преобразования системы достигает 86%.
5. Накопители энергии для канатных дорог
Издалека "канатное хранилище энергии" выглядит как горная канатная дорога. Впервые решение по хранению энергии на канатной дороге было предложено в 2019 году и состоит из крутых склонов, кранов, контейнеров для хранения (отходов, песка и гравия), кабелей и т. д.
Принцип накопления электроэнергии схож с принципом "железнодорожного накопителя энергии". При накоплении электроэнергии оставшаяся электроэнергия используется для приведения в действие двигателя, который перемещает канатную дорогу, заполненную песком и гравием, от подножия склона к вершине горы, а электрическая энергия преобразуется в гравитационную потенциальную энергию.
При выработке электроэнергии канатная дорога опускается с вершины склона на его дно, и потенциальная энергия преобразуется в электрическую.
Кроме того, в сочетании с гидроэнергетикой можно наполнять контейнер водой в периоды пикового потребления энергии, что позволяет достичь долгосрочного хранения энергии и непрерывно накапливать ее в течение нескольких месяцев. Согласно открытым данным, емкость накопителя энергии может достигать 0,5-20 МВт-ч, а мощность генерации - 500~5000 кВт.
6. Глубоководное хранение энергии
В 2016 году новая система хранения океанических насосов, разработанная немецким Институтом ветровой энергии и технологий энергетических систем имени Фраунгофера (IWES), провела первое испытание на воде Боденского озера на границе с Германией.
Принцип работы: полая сфера диаметром 30 метров, толщиной стенок 2,7 метра и объемом 12 000 кубических метров размещается на морском дне и использует морскую воду под высоким давлением в морских глубинах для хранения энергии.
При накоплении энергии морская вода выкачивается из сферы с помощью электрического насоса. При выработке электроэнергии морская вода под высоким давлением поступает из трубы в полую сферу, приводя в движение турбину для выработки электроэнергии.
Тогда исследователи начали четырехнедельные глубоководные испытания в Боденском озере. Результаты экспериментов показали, что при одинаковом увеличении объема емкость накопителя энергии линейно растет с глубиной. На глубине 700 метров емкость морского накопителя энергии диаметром 30 метров составляет около 20 МВт-ч.
В прибрежных районах, особенно вблизи побережья в густонаселенных районах, таких как регион Бохайского моря, существует большой потенциал для использования морских насосных систем хранения.
7. Лампа для накопления энергии
Гравитационные накопители энергии используются не только в промышленные накопители энергии и коммерческой сферах, но также нацелена на освоение жизненного пространства. Хотя мы наслаждаемся удобством электричества, в мире все еще более 1,3 миллиарда человек, около 18% населения, не имеют доступа к электричеству, и большинство из них могут полагаться только на керосин для освещения. Кто-то использовал гравитационную систему накопления энергии и изобрел гравитационную лампу, которая может накапливать энергию с помощью всего лишь кирпича.
К гравитационной лампе подвешивается мешок, наполненный камнями и песком, и под действием силы тяжести тянется вниз, приводя устройство в движение и вырабатывая электричество. Если он падает в течение 3 секунд, то может генерировать 25 минут света. Этот проект все еще проходит испытания в 25 регионах по всему миру. Выход на коммерческую основу не за горами.
8. Накопители энергии для перекачиваемой воды
Насосное гидроаккумулирование - это древний и распространенный метод хранения энергии, а в качестве тяжелого объекта используется природная вода. Благодаря взаимному преобразованию потенциальной энергии воды и электрической энергии происходит накопление и преобразование энергии.
Она обладает большой аккумулирующей способностью (100-3000 МВт), высоким КПД (65-85%), длительным сроком службы (40-60 лет), а цикл накопления энергии не подвержен ограничениям и другими преимуществами. В 1882 году в Швейцарии была построена первая в мире насосно-аккумулирующая электростанция. В дальнейшем установленная мощность насосных гидроаккумуляторов будет продолжать расти во всем мире.
Однако такие проблемы, как выбор места для строительства, дисбаланс между входом и выходом, а также громоздкие процедуры согласования, стали заметными, что серьезно ограничивает развитие насосных электростанций.
9. Резюме
Гравитационные накопители энергии - это один из видов долгосрочного хранения энергии. Будущий потенциал развития этой более долговечной и масштабной технологии хранения энергии неизмерим. Эти, казалось бы, новые технологии хранения энергии могут действительно изменить глобальное хранение энергии в ближайшем будущем. Как предупреждает недавно опубликованная политика в области хранения энергии: без долгосрочного хранения энергии углеродная нейтральность не будет достигнута.
+86 - 18925002618
