Які інноваційні інженерні рішення можуть забезпечувати безперебійне живлення енергією міст та сіл? Дізнайтеся про новий вид сховищ енергії, що зараз набирає популярність у Європі.
Люди споживають електричний струм нерівномірно. У одну пору доби енергію майже не використовують, а в іншу — споживання значно підскакує. Щоби продовжувати забезпечувати міста струмом, енергетики мають запасти залишки енергії, щоби використати ці запаси у часи високого споживання. Є низка засобів, якими це можна робити. Зараз з’явилися кілька стартапів, що будують так звані гравітаційні батареї — прості й екологічні.
Фінське містечко Пюхяярві знаходиться за 450 кілометрів на північ від Гельсінкі. Біля нього розташована стара покинута мідна і цинкова шахта — одна з найглибших у Європі, понад 1400 метрів.
Саме глибина зробила її цікавою. Зараз шотландська компанія Gravitricity будує там перший масштабний прототип гравітаційної батареї, у якій для збереження енергії будуть використовувати… вагу.
Як зберегти енергію у висоті?
Ми всі вчили фізику у школі й знаємо, що рух не з’являється просто так. Щоби тіло почало рухатися, потрібно, щоб для цього була використана енергія.
Але уявимо, що тіло просто падає звідкись. Звідки ж узялася енергія, що його рухає? Фізики говорять, що тіло має потенціальну енергію — ту енергію, яка мала б бути затрачена, щоби підняти тіло на певну висоту.
Гравітаційні батареї зберігають енергію у вигляді потенціальної. Вони складаються з вантажів на тросах, кранів і турбін. Коли треба зберегти енергію, вантаж краном підіймають на потрібну висоту; коли треба її вивільнити, вантаж опускається і його трос обертає турбіну. КПД сягає 80%.
Вантажі зазвичай бетонні.
Це настільки просто, що здається майже геніальним.
Але… троси й додаткові рушійні елементи знижують КПД таких батарей. Що якби замість бетонних блоків використовувати, наприклад, воду, і перекачувати її?..
Насправді така система вже давно існує. Імʼя їй — гідроакумулювальні електростанції.
Гідроакумулювальні електростанції
Перша така станція була побудована у Швейцарії ще у 1882 році!
Гідроакумулювальні електростанції складаються з двох водосховищ, поєднаних трубою з турбіною. Одне має знаходитися вище за інше. Коли треба запасти енергію, воду перекачують у верхнє водосховище. Коли треба використати запаси енергії, воду зливають через трубу у нижнє водосховище.
Це дуже просто і може зберігати великі обсяги енергії. Але далеко не всюди можна збудувати два водосховища на різних висотах, тож у наш час з’являються нові проєкти гравітаційних батарей.
Інші проєкти гравітаційних батарей
Перші проєкти таких батарей — це башти з кранами, що підіймають і опускають бетонні блоки. Хоча вони й виглядають футуристично, насправді вони дещо безглузді, бо вітер буде зміщувати висячі блоки, а одна така башта зможе зберегти лише денного виробітку двох вітряків.
У Пюхяярві використовують інший метод: замість того, щоб будувати башту, вантаж спускають під землю. Там він залишається вільним від вітру, а по стволу шахти зі дна він зможе підійматися на значно більшу висоту, що дозволить зберігати більше енергії. Це не потребує додаткового масштабного будівництва, як створення водосховища — бо використовується вже шахта, що існує
Є і більш екзотичні проєкти — як то використання поршнів, чи рідини, що важча за воду.
Та гравітаційні батареї у старих шахтах дозволять зберігати енергію і знижувати навантаження на енергомережу, не потребуючи при цьому дорогого будівництва водосховищ. Це може стати у пригоді тим спільнотам, де є старі покинуті шахти.
Іноді інноваційні інженерні рішення виявляються дуже простими. І це відкриває дорогу надіям на майбутнє: може, скоро ми помітимо ще якесь рішення, яке спростить нам життя.
Але, щоби його помітити, треба перш за все розбиратися у технології та бути гарним у своїй справі.
Іван Синенко
