Шанс для України? Інженери планують перетворити покинуті шахти на гравітаційні акумулятори — що це і як працює

Енергія піску

Суть нового методу полягає у використанні виведених з експлуатації шахт як «Підземного гравітаційного сховища енергії» (UGES). Вчені називають це проривом у дослідженнях довгострокового зберігання енергії, що може прискорити перехід до сталої енергетики.

Автори роботи пропонують виробляти електроенергію за допомогою транспортування візка з піском у підземну шахту, перетворюючи механічну енергію на електрику за допомогою рекуперативного гальмування.

За подібним принципом працюють багато електрокарів, які накопичують електроенергію під час гальмування або руху накатом.

Інженери хочуть модифікувати непрацюючі шахти, додавши в них системи з двигуна-генератора, кількох вагонів візків із піском, сховищ для піску та посиленого гірничого обладнання.

Для максимальної ефективності візок з піском буде розвантажуватися внизу шахти, витрачаючи на зворотний підйом мінімальну кількість енергії.

Що глибша і ширша шахта — то більше енергії можна потенційно взяти з такої установки. А що більший обсяг сховищ шахти внизу — то вищою буде її енергоємність, оскільки вчені також пропонують використовувати пісок як середовище для зберігання енергії.

Нагадаємо, влітку 2022-го у Фінляндії запрацював перший у світі пісковий акумулятор, за допомогою якого можна місяцями зберігати енергію сонця, вітру та інших відновлюваних джерел.

«Коли шахта закривається, тисячі робітників звільняються. Це спустошує спільноти, які покладаються лише на шахту у своїй економічній діяльності. UGES створить багато нових вакансій, оскільки копальня надаватиме послуги зі зберігання енергії після припинення роботи», — заявила одна з авторів дослідження IIASA Джуліан Хант.

За її словами, шахти вже мають базову інфраструктуру та підключені до електромережі, що значно здешевлює та полегшує впровадження установок UGES.

Дослідники також заявили, що найбільший потенціал занедбаних шахт для створення гравітаційних акумуляторів мають Китай, Індія, Росія та США. За їхніми оцінками, нова технологія може дати можливість постійно зберігати від 7 до 70 ТВт-год електроенергії у різних куточках планети.

Незважаючи на високу вартість створення такої електроенергії, інвестиції в будівництво систем UGES будуть мінімальними порівняно з розробкою будь-яких інших видів електростанцій.

Інші гравітаційні акумулятори

Кілька років тому каліфорнійські вчені також запропонували побудувати гравітаційний накопичувач енергії на ділянці непрацюючої залізниці в місті Техачапі.

Суть дещо іншої технології ARES (Удосконалене залізничне зберігання енергії) полягає у використанні прилеглих сонячних електростанцій та вітропарків для генерації додаткової енергії та її зберігання.

Коли виробіток енергії високий (у вітряну та сонячну погоду) — вагонетки вагою кілька тонн за допомогою електродвигунів заїжджають нагору та накопичують потенційну енергію. А коли виробіток енергії падає — вагонетки скочуються вниз, генеруючи додаткову електрику в мережу.

Розробники цієї технології заявляли про ефективність 86%. Відмова від використання традиційних літій-іонних акумуляторів для зберігання енергії дає можливість створити стійку систему з дуже низькою вартістю обслуговування.

Нині компанія розробляє свою систему ланцюгового приводу з фіксованим двигуном ARES GravityLine для «одержання електроенергії з відновлюваних джерел енергії та/або мережі через рух важких вагонеток нагору проти сили тяжіння» у штаті Невада.

«Система зберігання GravityLine складається з кількох доріжок потужністю 5 МВт і може змінюватися за потужністю від 5 МВт до 1 ГВт та еквівалентним діапазоном енергії (від МВт-год до ГВт-год) залежно від ваги та кількості важких вагонеток, ухилу та відстані. Дизайн ARES GravityLine може похвалитися гнучкістю зберігання енергії від 15 хвилин до 24+ годин», — зазначено на сайті компанії.

Новий проєкт передбачає створення сховища комерційної енергії потужністю 50 МВт приблизно у працюючому гравійному кар'єрі поблизу міста Парамп. Компанія планує використовувати флот із 210 вагонеток загальною масою близько 75 тис. тонн, які переміщатимуться 10 багаторейковими коліями.

Подібну систему нещодавно презентував австралійський стартап Green Gravity.

«Повторно використовуючи наявну інфраструктуру занедбаних шахт, Green Gravity розвиває стійку інфраструктуру зберігання енергії за дуже конкурентоспроможною ціною. Водночас екологічний слід такої операції дуже малий. Навіть порівняно з виробництвом літій-іонних акумуляторів», — заявив старший науковий співробітник Університету Монаша та експерт із планування гірничих робіт Девід Уіттл.

Розробники гравітаційних акумуляторів прогнозують, що найближчими роками їхні технології стануть життєздатною та масштабованою альтернативою літій-іонним рішенням.