Gravitační skladování energie: Analýza a srovnání se současným mainstreamovým skladováním energie
V posledních letech vzrostla poptávka po udržitelných a obnovitelných zdrojích energie. Výzvou spojenou s obnovitelnými zdroji energie je však střídavost vyráběné energie, což ponechává problémy s vyrovnáváním sítě a mezi nabídkou a poptávkou. Systémy skladování energie hrají zásadní roli při řešení těchto problémů a stabilizaci sítě. Takové systémy by mohly ukládat přebytečnou energii generovanou během hodin mimo špičku pro použití během špičky, což pomáhá sladit nabídku s poptávkou. Již existuje celá řada systémů skladování energie, z nichž každý má své výhody a nevýhody. Jednou z takových nově vznikajících technologií je gravitační skladování energie. Tato esej se snaží poskytnout hloubkovou analýzu a srovnání gravitačního skladování energie s běžnými systémy skladování energie.
Pozadí
Technologie gravitačního skladování energie není nová. Na počátku 20. století se čerpaná vodní elektřina používala k ukládání energie v průmyslovém měřítku. Tato technologie zahrnovala čerpání vody z nižší do vyšší nadmořské výšky, a když byla potřeba energie, uvolňovat vodu k roztočení turbíny a výrobě elektřiny. I když tato technologie existuje dodnes, vyžaduje geografické prvky, které umožňují výstavbu velkých, stabilních vodních ploch pro uchování požadovaného množství vody. Gravitační skladování energie je však inovativní variantou této technologie. Místo použití vody k ukládání energie využívá gravitační skladování energie bloky z kompozitního materiálu.
Princip gravitačního skladování energie
Princip gravitačního akumulace energie spočívá v elevaci bloků z kompozitního materiálu pomocí elektrického (solárního) motoru. Naskládané bloky pak akumulují potenciální energii. Když bloky padají, energie se shromažďuje a distribuuje k použití. Systém je schopen uchovat energii po dobu 2 – 12 hodin nebo více. Blok z kompozitního materiálu obsahuje technologii vzájemného spojení, takže bloky mohou být uspořádány buď horizontálně nebo vertikálně. Když motor otáčí bubnem, horizontální bloky jsou zvednuty prostřednictvím blokovacího mechanismu. Vertikální bloky jsou opatřeny hřídelí vřetena, která je poháněna rotačním motorem, což způsobuje zvednutí bloku.
Výhody gravitačního skladování energie
1. Flexibilita velikosti a výkonu
Gravitační úložiště energie je škálovatelné, takže je možné jej konstruovat v různých velikostech a kapacitách, které mohou splnit různé energetické požadavky. I malá jednotka, jako je úložný systém na dvorku, by mohla poskytnout spolehlivé napájení domácností a podniků.
2. Efektivita nákladů
Výrobní proces bloků z kompozitního materiálu, požadovaný pro systém skladování, je relativně levný a šetrný k životnímu prostředí ve srovnání s jinými systémy skladování energie. Technologie vykazuje nízkou úroveň nákladů na údržbu, což zvyšuje efektivitu a životnost skladovacího systému.
3. Účinnost a spolehlivost
Gravitační skladování energie poskytuje vysokou úroveň účinnosti, která je vhodná pro vyrovnávání sítě obnovitelné energie. Akumulační systém také poskytuje spolehlivé dodávky energie, protože technologie není závislá na vnějších faktorech, jako je teplota nebo geografie – na rozdíl od solární a větrné energie.
Omezení a výzvy gravitačního skladování energie
1. Omezení umístění
Použitelné umístění akumulace gravitační energie je omezeno na plochý terén, aby bylo zajištěno efektivní využití gravitační energie. Výstavba míst s mírným sklonem může také omezit schopnosti skladování energie.
2. Velikost a výkon
Přestože je škálovatelná, skladovací kapacita gravitačního skladování energie je ve srovnání s jinými systémy skladování energie omezená. Toto omezení znamená, že může být nevhodný pro velká výrobní odvětví s vysokou poptávkou po energii.
3. Vliv na životní prostředí
Výkop, výstavba a údržba skladovacího systému by mohly představovat rizika pro životní prostředí, která je třeba vzít v úvahu při použití gravitačního skladování energie.
Srovnání s jinými systémy skladování energie
1. Přečerpávací vodní elektřina
Gravitační akumulace energie sdílí určité vlastnosti s přečerpávací vodní elektřinou, ale gravitační akumulace energie je méně omezená na umístění a konstrukci, s nižšími náklady a konstrukčními riziky. Kromě toho čerpání vody do horní nádrže v přečerpávací vodní elektrárně zahrnuje využívání obnovitelných zdrojů, jejichž dostupnost může být omezená.
2. Lithium-iontové baterie
Lithium-iontové baterie poskytují vysokou energetickou kapacitu, kterou lze ukládat po dlouhou dobu. Tyto baterie však mají problémy s údržbou a používají omezené recyklovatelné materiály. Gravitační skladování energie na druhé straně využívá ekologické kompozitní materiály, které vyžadují minimální údržbu.
3. Setrvačníky
Setrvačníky ukládají energii prostřednictvím rotující hmoty, ale tyto systémy mají omezenou kapacitu ve srovnání s gravitačním ukládáním energie. Setrvačníky také nejsou ideální pro dlouhodobé skladování energie přes 2 hodiny.
Gravitační skladování energie je flexibilní a škálovatelný systém skladování energie s několika výhodami, které by mohly řešit problémy s dodávkami obnovitelné energie. Při zvažování nasazení systémů skladování energie na různých místech by rozhodujícím faktorem měla být konstrukce, účinnost, cena a spolehlivost. I když tato technologie může mít svá omezení a výzvy, nabízí potenciál pro udržitelné a obnovitelné skladování energie, které bude přínosem pro domácnosti i průmysl.