ПАВЕЦ, но не с вода, а с камъни

Това е критично важна тема не от няколко години, а от цели десетилетия, тъй като както е важно производството на един киловатчас електроенергия, също толкова важно е той да може да бъде съхранен при нужда. Тази роля отдавна играят помпено-акумулаторните ВЕЦ, които използват излишния ток, за да изпомпват вода нагоре към язовира и при нужда да могат отново да произвеждат енергия с минимални загуби при преобразуването.

В последните години с модернизацията на енергийните системи и бума на соларните и вятърните централи съхраняването на произведената енергия е все по-належащ въпрос. Това също така е важно и за балансирането на самите енергийни системи.

България е облагодетелствана с може би една от най-уникалните подобни мощности в целия свят, която играе ролята на огромна батерия именно като се използват планинските масиви. Става въпрос за ПАВЕЦ (Помпено-акумулираща водноелектрическа централа) "Чаира", която е водноелектрическа централа-батерия, използваща хидроенергия на следния принцип - изпомпва вода, когато има излишък в електроенергийната система от един в друг водоем (разположени на 700 метра един от друг), а при спешна нужда от електроенергия в системата може да мине в режим на генерация благодарение на турбините, като просто връща водата обратно.

Много други държави (а през последната година и България - заради аварията в ПАВЕЦ "Чаира") нямат възможност да разчитат на подобна централа, тъй като нямат съответните географски дадености. Обективно погледнато, много малко държави в света въобще имат ПАВЕЦ, който се счита за черешката на тортата в енергийното инженерство. Отговорът се крие в новите технологии - няколко стартъпа дават интересно решение на проблема чрез gravity energy storage (гравитационна батерия). Въпреки че получава силни критики в началото, технологията съвсем реално може да започне да навлиза в сектора и да дава решения с най-големия проблем на зеления преход - съхранението на електроенергия.

Една идея и много скептици

Идеята за гравитационните батерии e да се направи огромна конструкция от камъни, кабели и кранове, които да се разполагат в близост до ВЕИ (възобновяеми енергийни източници). Когато има голямо производство в мрежата, крановете използват енергията, за да издигат тонове каменни блокове вертикално (във височина). След това, при нужда от ток в системата (когато има недостиг на производство при заоблачаване например), същите тези блокове се спускат надолу и освобождават енергията, като завъртат съответната турбина, към която са привързани. Звучи странно, но се оказва ефективно. И така реално конструкцията играе роля на батерия, поемайки електроенергията и разчитайки на проста физика да я консервира.

На практика се използва същата идея, която работи и в помпено-акумулиращите централи, но тези нови огромни батерии могат да бъдат разположени навсякъде. Поне на теория.

Как работят гравитационните батерии Автор : Андрей Червенков Източник: Капитал Преглед на оригинала

Технологията, която за първи път бе представена с конкретни проекти от швейцарския стартъп Energy Vault, среща сериозни перипетии и скептицизъм още в началото. По първоначален план компанията планира да издигне висока кула, като тежестите, които ще бъдат местени нагоре-надолу, са каменни блокове под формата на едно голямо лего с много малки части. Идеята е, че дори и малко на брой блокове, преместени на голяма височина, могат да съхраняват много енергия.

Този проект обаче среща доста негативи, някои от които са свързани с прецизността на редене на блокове на толкова голяма височина при неблагоприятни атмосферни условия. Една от критиките посочва, че често подобни конструкции трябва да бъдат разполагани в близост до вятърни генератори, а те сами по себе си разчитат на много силен вятър, който може да пречи на съхранението във високите части на "кулата". Например да предизвика резонансно люлеене на камъни и дори да срути конструкцията.

Впоследствие компанията се спира на нова методология, която разчита на конструкция, голяма колкото футболен стадион, в която цели стелажи с многобройни каменни блокове ще се местят нагоре-надолу и наляво-надясно. Различното в технологията е, че се прави не толкова крехка и много по-комплексна структура на батерията, която обаче в същото време разчита на по-сложен софтуер, защото се местят много повече блокове. Идеята на Energy Vault е, че тази концепция може постоянно да бъде надграждана и съответно да се нагажда с нуждите на околността и размера на мощностите, които се строят в близост.

Освен Energy Vault още един стартъп - шотландският Gravitricity, също иска да разчита на гравитация за съхранението на електроенергия, но без да се конструират огромни сгради, а като се използват дълбоки разрези в земята. С други думи, цялата система прилича на един кладенец, който може да достигне до 1.5 км в земята и който използва излишъка в електроенергийната система да повдига огромни 500 кг блокове, а след това, като има недостиг, да ги отпуска надолу и да освобождава енергията в системата.

"Конструкциите са твърде големи за работата, която могат да свършат. А от физична гледна точка "гравитационният запас" не е от въртелива енергия, а от постъпателна, която трябва да се превърне във въртелива постфактум. Общо взето, технологията е добре забравена стара система, която млади стартъпи се опитват да продадат на пазара. Най-големият казус е, че за момента е безперспективно от икономическа гледна точка", заявява Борислав Манчев, генерален конструктор на системи за съхранение на енергия и CEO на Lintec, пред "Капитал" по повод гравитационните батерии.

В действителност новата стара технология наистина се намира в застой, защото въпреки младите компании, които набират финансиране, за да я развиват, реалните проекти са много малко. Единственият по-съществен е на Energy Vault в Китай, където в близост до ВЕИ централа се строи 25-мегаватова батерия, която наподобява футболен стадион. Потенциалът за съхранение се равнява на 100 мВтч, което означава, че може да работи в рамките на 4 часа, като отдава в мрежата по 25 мегавата (достатъчни да захранят битовите нужди на град като Бургас).

В идните години предстои да видим дали двете компании ще направят следващата стъпка и ще имат работещи проекти, които да докажат, че идеята за гравитационна батерия е практически и икономически възможна. Интересът към тях не липсва, но пазарът на батерии все още разчита на литиево-йонната технология, от която дори Energy Vault не може да избяга и наскоро направи подобна инвестиция.

Един от най-важните казуси пред стартъпите е да успеят да обособят работата на гравитационна батерия с минимален разход на емисии, тъй като подобни мащабни инфраструктурни проекти, особено включващи циментови блокове, означават сериозен разход на CO2 емисии за построяването и поддържането на блоковете, съхраняващи енергия. Въпреки това интересът постоянно расте и Китай е пример, че индустрията търси всякакви начини да си набави евтина и предвидима енергия, като е склонна да инвестира дори в млади и недоказали се стартъпи.