А в чем тренд?
В будущем электричество будет в основном вырабатываться благодаря ветру, солнцу и другим альтернативным источникам. В такой системе понадобятся технологии, которые позволят хранить избыточную энергию и подавать ее в сеть во время остановки работы источников — например, в безветренный день. В исследовании 2023 года международная группа ученых предложила инновационное решение: подземные гравитационные накопители энергии (ПГНЭ). Для них пригодятся старые шахты.
Как работает технология
Технология, которая лежит в основе ПГНЭ, работает следующим образом: большой объем песка, который хранится в контейнерах, прикрепленных к центральному кабелю, опускают в глубокую шахту. По мере погружения песка прикрепленный кабель вращает роторы, которые приводят в действие различные генераторы, и производится электричество.
Ученые предлагают использовать этот процесс, когда в сети будет избыток возобновляемой энергии. Ее будут тратить для поднятия груза. А когда энергии не будет хватать, груз будет опускаться, питая генератор.
Сколько шахт заброшено в разных странах
Местоположение выгодно отличает ПГНЭ от других технологий подземного накопления энергии, которые предлагают различные стартапы, например, Gravitricity и Gravity Power. Исследователи рекомендуют устанавливать ПГНЭ в заброшенных шахтах. По оценкам ученых, в Канаде таких не менее 10 тыс., 50 тыс. находятся в Австралии, более 550 тыс. — в США, но там использование более 100 тыс. шахт сопряжено «со значительным экологическим риском». По оценкам ученых, глобальный потенциал хранения энергии составляет от 7 до 70 ТВт⋅ч (тераватт–часов). Это приблизительно эквивалентно 87,5–875 млн электромобильных аккумуляторов.
Мощность ПГНЭ
Выходная мощность ПГНЭ (то, что может быть мгновенно выдано в электросеть) в первую очередь зависит от глубины подземной шахты и количества используемого песка:
- старая шахта глубиной 200 м с использованием 4 млн т песка может дать в сеть всего 10 МВт⋅ч, что достаточно для питания около 7 тыс. домов;
- более новая шахта глубиной 1 км с использованием 40 млн т песка может генерировать до 200 МВт⋅ч, что может обеспечить энергией около 140 тыс. домов.
Чем глубже шахта, тем выше ее экономическая эффективность. По подсчетам ученых, стоимость хранения энергии для ПГНЭ составляет $1–10 долларов за КВт⋅ч (одна миллиардная доля ТВт⋅ч). Это недорого по сравнению с другой технологией, литий-ионными батареями, которые стоят около $150 за КВт⋅ч.
Недостатки ПГНЭ
У ПГНЭ два основных недостатка. Первый — это использование большого количества песка. Кажется, что это легкое, с точки зрения добычи, сырье, однако оно может оказаться в дефиците уже к 2100 году. Второй недостаток — долгая перезарядка ПГНЭ. Чтобы зарядить такой объект, то есть переместить песок со дна шахты наверх, могут потребоваться дни, недели или даже месяцы в зависимости от глубины шахты.
Польза ПГНЭ для будущего
В любом случае возможность дешево хранить энергию — это огромный плюс. Песок не испаряется и не рассеивается. Также ПГНЭ могут вдохнуть новую жизнь в закрывающиеся по всему миру угольные шахты. Исследователи подчеркивают: «Мир трансформирует свою энергетическую систему, вдвое сокращая добычу угля. ПГНЭ могут обеспечить альтернативный источник дохода тем, кто работает на шахтах».