Această clădire cu o inginerie genial de simplă are rol de baterie gravitaţională, stocând energia regenerabilă fără litiu şi fără apă

În ultimul an auzim de noi şi recorduri marcate de tehnologiile turbinelor eoliene şi ale energiei venite de la panouri fotovoltaice. Doar în acest an a fost doborât de 4 recordul la cele mai puternice turbine eoliane dezvăluite din lume, cea mai recentă fiind o turbină chineză, de 22 MW putere. Cele mai mari parcuri eoliene maritime îşi doboară recordurile unul din după altul în mările de lângă ţărmurile nordice ale Europei. În Australia energia de panouri fotovoltaice ajunge să bată recorduri de la o săptămână la alta, în Chile se dezvoltă cu o viteză enormă parcurile fotovoltaice şi până şi Texas, un stat american bogat în petrol, stabileşte recorduri la producţia parcurilor fotovoltaice. În Maroc a fost aprobat primul parc fotovoltaic din Sahara care-şi va trimite electricitatea direct în Marea Britanie, printr-un cablu imens. Peste tot în lume, însă, această dezvoltare e însoţită şi de nevoia mare de soluţii de stocare a electricităţii produse regenerabil. Dacă putem stoca electricitatea produsă în condiţii de vânt favorabil sau soare productiv, pentru a o folosi flexibil oricând avem nevoie, atunci problema intermitenţei e rezolvată şi dezechilibrele reţelelor electrice dispar, iar astfel se poate ajunge la 100% energie regenerabilă. Ei bine, soluţia despre care vorbim azi, inventată în Elveţia acum, este probabil cea mai neobişnuită şi totodată genial de simplă!

Într-un articol amplu despre soluţii de stocare a electricităţii regenerabile de ieri, menţionam că în China, planurile de lungă durată folosesc doar parţial centralele de baterii imense, spre deosebire de Australia, unde pe ele se pune aproape întregul accent. Acele centrale de baterii mari, de genul Tesla Megapack, Rimac, sau Mitsubishi, folosesc baterii de mărimea unor containere în care stochează electricitatea în exces sau pur şi simplu direct produsă de la un parc fotovoltaic sau eolian şi o furnizează în reţea atunci când e nevoie. De obicei configurările acelor centrale sunt făcute ca energia stocată în ele să poată fi livrată timp de 4 ore, cam cât durează orele de consum maxim în majoritatea ţărilor.

Foto: Centrală cu baterii

Ei bine, în articolul de ieri menţionam că în China accentul e doar parţial pe această tehnologie, deşi ţara e sursa principală de materie primă pentru baterii, însă marele accent e pus pe hidrocentrale prin pompare. Simplu vorbind, asemenea hidrocentrale folosesc două lacuri de acumulare mari, construite la diferenţă de altitudine, de obicei măcar vreo 2-3 sute de metri, acele lacuri fiind legate printre ele de canale, care trec şi prin turbine obişnuite de hidrocentrală. Astfel, când se doreşte stocarea energiei, apa e pompată în rezervorul de sus, consumându-se electricitate pentru asta. Când se doreşte „descărcarea” acestei „baterii”, apa e lăsată să curgă în jos şi turbinele produc electricitate din nou, iar astfel ea e furnizată în reţea, iar întreaga hidrocentrală funcţionează ca o baterie imensă, folosind gravitaţia şi apa. E o metodă ce dă un randament cam de 77-79% maxim, deci cam atât din energia pusă iniţial la pompare e recuperată la scurgerea ulterioară în rezervorul inferior, în timp ce centralele de baterii au cam 94-95% randament. Dar beneficiul major e că la o hidrocentrală din pompare nu există degradare, iar durata de viaţă nu e de doar vreo 15 mii de cicluri, ca la baterii, ci de 60-100 ani, eventual doar turbinele fiind înlocuite.

Foto: Principiul de funcţionare al unei hidrocentrale prin pompare în rol de „baterie”

De ce nu foloseşte toată lumea asemenea hidrocentrale, în locul bateriilor, atunci? Ei bine, pentru că acestea sunt mult mai scumpe în construcţia iniţială şi pentru că e nevoie de un relief care să asigure acea diferenţă de altitudine de vreo 200-300 metri cel puţin, pentru că apa trebuie să reuşească să prindă viteză datorită gravitaţiei, când „cade” de la rezervorul de sus spre galeria turbinelor în hidrocentrale. Australia nu prea are o abundenţă de munţi, şi de asta alege baterii. China are, la fel ca Norvegia, România sau Elveţia. Însă o echipă din ingineri din Elveţia a dezvoltat tehnologia despre care vorbim azi, în care în rol de baterie gravitaţională devine o clădire, care poate fi construită pe o suprafaţă plană, cu costuri de multe ori mai mici, fără nevoia unor proiecte grandioase de construcţie a barajelor în munţi.

Foto: Un rezervor imens superior al unei hidrocentrale prin pompare construite în 2023 în China

Ceea ce vedem mai jos are numele de Energy Vault — un „safeu de energie”, dacă a fi să traducem această denumire. Ideea aparţine unei companii elveţiene cu acelaşi nume, lansată în 2017 într-un incubator pentru tineri ingineri din Elveţia, după care a urmat dezvoltarea ei prin testări, calcule şi simulări, apoi a urmat un val uriaş de investiţii pe care aceşti ingineri le-au primit, tocmai pentru că această tehnologie a lor e atât de genial de simplă şi inovatoare. Iar clădirea pe care o vedem mai jos este acum construită în China de către elveţieni, fiind prima clădire reală completă în sistem Energy Vault din lume. Elveţieni au făcut scalări demonstrative mai mici în Elveţia, dar încă nu şi o clădire completă în viaţa reală. Iar chinezii, impresionaţi şi ei de tehnologia tinerilor elveţieni, au comandat o clădire de 10 ori mai mare decât mărimea implicită!

Foto: Clădirea cu rol de baterie, construită de elveţieni în China, prima de acest fel în lume

Hai să vedem în ce constă tehnologia, deci. Clădirea pe care o vedem în imagini are 145 metri înălţime şi ea constituie efectiv un schelet de stâlpi verticali şi orizontali, ca o plasă, iar fiecare secţiune verticală are în ea canale de ridicare şi coborâre a unor blocuri imense greutăţi, fiecare bloc cântărind 30 de tone. Aceste blocuri sunt ridicate la înălţime de un sistem de macarale fixe, gestionat de un sistem de „ambreiaje”, care poate decupla sau cupla fiecare canal vertical.

Foto: Secţiunile verticale şi blocurile

Ceea ce se întâmplă în această clădire e că atunci când energia regenerabilă sau în exces din reţea trebuie stocată, electricitatea începe a fi folosită pentru electromotoarele macaralelor, care ridică treptat blocurile de 30 de tone în sus, până la înălţimea maximă a clădirii, deci pe la 150 metri, cu mici diferenţe de fundaţie şi tavan. Orice bloc de 30 de tone, ridicat la 150 metri, are în el stocată o energie potenţială uriaşă. Casa asta imensă, care poate avea de exemplu şi 25 de secţiuni x 25 secţiuni, rezultă în 625 de secţiuni verticale. Rând pe rând, aceste secţiuni sunt ridicate până la înălţimea maximă, şi, bineînţeles, în funcţie de puterea disponibilă, pot fi ridicate şi mai multe secţiuni, în grupuri întregi. Când ajunge să aibă toate blocurile imense, din toate secţiunile ridicate, bateria sub formă de casă imensă e complet încărcată.

Foto: Principiul de funcţionare al tehnologiei

Apoi, când e nevoie ca această baterie să-şi furnizeze înapoi energia în reţea, acele greutăţi încep a coborî în jos, trase de gravitaţie, iar electromotoarele devin generatoare de electricitate. La forţa imensă cu care un bloc de 30 de tone e tras în jos, vorbim de generatoare de mulţi MW putere, care generează putere în timp ce blocurile, unul câte unul, coboară, până au coborât toate! Genial de simplu, nu? Fără litiu-ion, fără orice reacţie electrochimică dintr-o baterie obişnuită, fără degradare a capacităţii în timp şi cu durată de viaţă nu de 15.000 de cicluri, de minim 35 de ani garantaţi, după care doar electromotoarele şi elementele mecanice pot fi înlocuite cu altele noi.

Elveţienii spun că sistemul lor, în cazul acestei clădiri din China, construită acum lângă Shanghai, va avea 80% randament, deci cu circa 1% mai mult decât hidrocentralele cele mai eficiente prin pompare. Dar aici nu e nevoie de apă, şi costurile de construcţie sunt infinit mai mici. Iar în acele blocuri se pot bune deşeuri de construcţie şi alte materiale grele care nu pot fi uşor reciclate, de exemplu. Esenţial e ca un bloc să aibă greutatea calculată, dar ce se conţine în el poate varia.

Foto: Structura interioară a clădirii, cu galerii veticale

Câtă electricitate poate stoca o asemenea clădire cu rol de baterie precum cea din China? Ei bine, modulul minim, gândit de elveţieni, e de 10 MWh, dar chinezii au vrut ca ea să fie de 10 ori mai mare, aşa că acest edificiu din China poate stoca 100 MWh de electricitate! E o cifră la nivelul centralelor de baterii, cel puţin la primele dintre ele. Efectiv vorbind, e nevoie de o suprafaţă de 80-120 m2 a clădirii de 145 metri înălţime, pentru a asigura 1 MWh de stocare. În acest caz, la 100 MWh capacitate, e nevoie de 8.000 m2 şi 12.000 m2. Dacă se vrea 1 GWh de stocare, fie se construiesc câteva, fie una de 80.000-120.000 m2, deci 80-120 hectare. Centralele cu baterii sunt mai compacte, însă nu sunt foarte departe în suprafaţa totală a centralelor, cu toate elementele aferente.

Clădirea asta de 100 MWh stocare din China poate fi descărcată în 4 ore, câte 25 MW putere, sau poate fi ajustată la o perioadă de până la 24 ore de descărcare, la putere mai mică, dacă e nevoie. O asemenea clădire cu rol de baterie poate fi construită lângă parcuri solare sau eoliene, în cazul acestei clădiri din China fiind vorba de un parc eolian alături.

Dar ea poate fi construită şi la nivel de reţea, lângă puncte de distribuţie. Şi ideea e că ea poate fi construită şi în deşert, şi în orice alte condiţii, neavând nevoie de acces la râuri cu apă sau alte elemente topografice speciale. Nu are nevoie de management termic special, nu are risc de incendiu, peste 30 de ani va avea exact aceeaşi capacitate şi poate stoca electricitatea şi pe termen lung, cu zero pierderi de autodescărcare. Deci, o tehnologie excepţional de simplă în esenţă, până la genialitate. Construcţia bateriei din China şi conectarea ei la reţea de către elveţieni va fi definitivată către sfârşitul acestui an.