Шанс для Украины? Инженеры планируют превратить заброшенные шахты в гравитационные аккумуляторы — что это и как работает

Энергия песка

Суть нового метода заключается в использовании выведенных из эксплуатации шахт в качестве «Подземного гравитационного хранилища энергии» (UGES). Ученые назвывают это прорывом в исследованиях долгосрочного хранения энергии, который может ускорить переход к устойчивой энергетике.

Авторы работы предлагают вырабатывать электроэнергию посредством транспортировки тележки с песком в подземную шахту, преобразовывая механическую энергию в электричество посредством рекуперативного торможения.

По такому же принципу работают многие электрокары, которые накапливают электроэнергию во время торможения или движения накатом.

Инженеры хотят модифицировать неработающие шахты, добавив в них системы из двигателя-генератора, нескольких вагонов тележек с песком, хранилищ для песка и усиленного горного оборудование.

Для максимальной эффективности, тележка с песком будет разгружаться внизу шахты, затрачивая на обратный подъем минимальное количество энергии.

Чем глубже и шире шахта 一 тем больше энергии можно потенциально извлечь из такой установки. А чем больший объем хранилищ шахты внизу 一 тем выше будет ее энергоемкость, поскольку ученые также предлагают использовать песок в качестве среды для хранения энергии.

Напомним, летом 2022-го в Финляндии заработал первый в мире песочный аккумулятор, с помощью которого можно месяцами сохранять энергию солнца, ветра и других возобновляемых источников.

«Когда шахта закрывается, тысячи рабочих увольняются. Это опустошает сообщества, которые полагаются только на шахту в плане своей экономической деятельности. UGES создаст много новых вакансий, поскольку рудник будет предоставлять услуги по хранению энергии после прекращения работы», — заявила одна из авторов исследования IIASA Джулиан Хант.

По ее словам, шахты уже имеют базовую инфраструктуру и подключены к электросети, что значительно удешевляет и облегчает внедрение установок UGES.

Исследователи также заявили, что наибольший потенциал заброшенных шахт для создания гравитационных аккумуляторов имеют Китай, Индия, Россия и США. По их оценкам, новая технология может позволить постоянно хранить от 7 до 70 ТВт-ч электроэнергии в разных уголках планеты.

Несмотря на высокую стоимость создания такой электроэнергии, инвестиции в строительство систем UGES будут минимальными по сравнению с разработкой любых других видов электростанций.

Другие гравитационные аккумуляторы

Несколько лет назад калифорнийские ученые также предложили построить гравитационный накопитель энергии на участке неработающей железной дороги в городе Техачапи.

Суть несколько иной технологии ARES (Усовершенствованное железнодорожное хранение энергии) заключается в использовании близлежащих солнечных электростанций и ветропарков для генерации дополнительной энергии и ее хранения.

Когда выработка энергии высокая (в ветреную и солнечную погоду) — вагонетки весом несколько тонн с помощью электродвигателей заезжают вверх и накапливают потенциальную энергию. А когда выработка энергии падает — вагонетки скатываются вниз, генерируя дополнительное электричество в сеть.

Разработчики этой технологии заявляли об эффективности 86%. Отказ от использования традиционных литий-ионных аккумуляторов для хранения энергии также позволяет создать устойчивую систему с очень низкой стоимостью обслуживания.

По состоянию на сегодня компания разрабатывает свою систему цепного привода с фиксированным двигателем ARES GravityLine для «получения электроэнергии из возобновляемых источников энергии и/или сети посредством движения тяжелых вагонеток вверх против силы тяжести» в штате Невада.

«Система хранения GravityLine состоит из нескольких дорожек мощностью 5 МВт и может варьироваться по мощности от 5 МВт до 1 ГВт и эквивалентному диапазону энергии (от МВт-ч до ГВт-ч) в зависимости от веса и количества тяжелых вагонеток, уклона и расстояния. Дизайн ARES GravityLine может похвастаться гибкостью хранения энергии от 15 минут до 24+ часов», — указано на сайте компании.

Новый проект предполает создание хранилища коммерческой энергии мощностью 50 МВт примерно в работающем гравийном карьере вблизи города Парамп. Компания планирует использовать флот из 210 вагонеток общей массой около 75 тыс. тонн, которые будут перемещаться по 10 многорельсовым путям.

Аналогичную систему недавно представил австралийский стартап Green Gravity.

«Повторно используя существующую инфраструктуру заброшенных шахт, Green Gravity развивает устойчивую инфраструктуру хранения энергии по очень конкурентоспособной цене. При этом, экологический след такой операции очень мал. Даже по сравнению с производством литий-ионных аккумуляторов», — заявил старший научный сотрудник Университета Монаша и эксперт по планированию горных работ Дэвид Уиттл.

Разработчики гравитационных аккумуляторов прогнозируют, что в ближайшие годы их технологии станут жизнеспособной и масштабируемой альтернативой литий-ионным решениям.