Prima clădire din lume cu rol genial de baterie gravitaţională a indicat un randament excelent, dar construcţia a avut costuri uriaşe

Acum trei ani, scriam despre o tehnologie pe cât de simplă în esenţă, pe atât de genială şi complexă în execuţie, elaborată de inginerii elveţieni de la startup-ul Energy Vault. Aceştia porniseră de la necesitatea de a stoca energia regenerabilă într-un mod cât mai simplu şi mai durabil în timp. Centralele de baterii funcţionează bine, dar durata de viaţă e limitată de obicei la 10-15 ani. Hidrocentralele prin pompaj sunt cea mai veche şi mai viabilă soluţie, dar randamentul e ceva mai mic decât la baterii şi necesită condiţii de relief cu diferenţe de cel puţin câteva sute de metri bune de altitudine între lacurile de acumulare inferior şi superior, pentru a putea funcţiona eficient. Ingineri elveţieni au creat astfel conceptul bateriei gravitaţionale sub formă de edificiu cu multiple compartimente, ca o adevărată matrice în interior, în care greutăţile sunt coborâte şi ridicate pentru a stoca şi elibera energia. Prima asemenea clădire trebuia construită în China, iar acum, trei ani mai târziu, noi ne-am întrebat dacă proiectul a fost dus la bun sfârşit, dacă acesta a demonstrat funcţionare viabilă şi dacă ideea genială are şanse de a fi multiplicată mai mult, odată ce asemenea clădiri pot fi construite, teoretic, şi pe cel mai plat teren imaginabil.

Conform conceptului iniţial de acum 3 ani, inginerii elveţieni estimau un randament de ciclu de 80%. Hidrocentralele prin pompaj au de obicei între 77 şi 81%, deci teoretic cifrele trebuiau să fie apropiată. La bateriile de reţea, randamentul e de obicei mai mare, de circa 87-91% dacă se iau în calcul toate echipamentele electrice.

Edificiul din China, despre care scriam acum 3 ani, e proiectul Rudong al celor de la Energy Vault, pus în execuţie împreună cu o entitate locală, China Tianying, responsabilă de construcţia propriu-zisă. Conform proiectului, clădirea trebuia să aibă 148 metri înălţime, pentru a asigura suficientă energie potenţială şi capacitate de stocare.

Ca să înţelegem cum funcţionează totul, putem să ne imaginăm o scară de ascensor din interiorul unei clădiri şi un ascensor care culisează în sus şi în jos. La un ascensor, motorul e de obicei localizat direct pe el, iar efortul de a urca e apropiat de cel de a coborî, datorită contragreutăţilor şi scripeţilor. Aici, însă, ne putem imagina că în loc de ascensor avem blocuri nemişcate de beton sau alte greutăţi, care sunt ataşate de cabluri metalice de fier care trec prin scripeţi şi sunt conectate la motoare poziţionate la un etaj superior.

Putem să ne imaginăm că toată clădirea e formată din zeci de asemenea galerii verticală în lungime şi alte zeci de galerii pe lăţime, formând o matrice de greutăţi care pot urca sau coborî. Pentru anumită simplificare, unele greutăţi de pe aceeaşi linie pot fi conectate la acelaşi motor, existând un mecanism care alege pe care din ele să le conecteze. Atunci când bateria preia electricitate din reţea şi trebuie să o stocheze, electromotoarele uriaşe urcă zecile de tone de beton, consumând energie pentru a le trage în sus, rând pe rând. Apoi, când e nevoie de a returna energia în reţea, acele greutăţi sunt lăsat să coboare, trăgând firele metalice după ele, care acţionează electromotorul în regim de generator electric, iar astfel se produce electricitate pentru a fi furnizată în reţea. Dacă la o hidrocentrală prin pompaj apa e urcată din rezervorul de jos în cel de sus, iar apoi gravitaţia o ajută să cadă şi să propulseze o turbină, aici greutatea blocurilor de beton e cea care e urcată şi coboară apoi.

În forma finală a clădirii din China, inginerii elveţieni au agreat o dimensiune de 122 x 110 metri la sol şi 148 metri înălţime, iar clădirea trebuia să poate stoca 100 MWh de electricitate. Aparent, trebuiau să existe 25 x 25 secţiuni, într-un total de 625 de asemenea secţiuni verticale, iar fiecare secţiune trebuia să aibă mai multe blocuri verticale a câte 30 tone. În formula finală, însă, datele inginereşti sunt mult mai interesate şi uşor diferite.

Edificiul a fost construit cu 24 culoare pe una din laturi, iar pe cealaltă latură există 66 compartimente, deci 24x66 de compartimente verticale. Pe fiecare asemenea compartiment există 8 blocuri de 25 de tone, care ocupă primele 8 niveluri. Se obţine un total de 12.672 de blocuri de beton de 25 tone, ceea ce duce greutatea totală la 315.800 tone.

Astfel cât un compartiment vertical are blocurile coborâte, ele ocupă poziţia 1-8. Când este sunt în poziţie ridicată — ocupă poziţiile 28-35. Deci, fiecare bloc urcă 27 de niveluri în procesul de ridicare şi coboară acelaşi număr în procesul de coborâre. Viteza de coborâre şi urcare e de 2 m/s. S-au montat 48 de module operaţionale, cu 96 electromotoare de ridicare a greutăţilor.

Un bloc de 25 tone care coboară face generatoarele să dezvolte 540 kW putere. Dacă toate 48 de module ar coborî blocuri simultan, ar produce 540 kW x 48 şi s-ar obţine o putere cumulată de 26 MW (25.920 kW, dacă e să fim exacţi). În procesul încărcării complete şi descărcării, un modul operaţional are de urcat şi coborât 264 de blocuri, pe care le procesează succesiv.

Cele 27 de niveluri de diferenţă efectivă de nivel măsoară cam 120 metri înălţime. La 2,2 m/s viteza de coborâre, asta înseamnă 54,5 secunde timp de coborâre a unui bloc. Şi întrucât un mod are de coborât 264 blocuri, ajungem la un total de 14.388 secunde, echivalentul a 240 minute sau 4 ore de descărcare a acestui edificiu genial cu rol de baterie gravitaţională. Deci, 4 ore, de furnizare a câte 25-26 MW în sistem, totalizează cei 100 MWh stocaţi.

Foto: Mecanimele de ridicare a greutăţilor

Ei bine, elveţienii au construit aceste mecanisme, au instalat greutăţile şi echipamentele electrice şi au făcut testele de randament. Au avut rezultate cuprinse în 83 şi 85%, depăşind estimările lor iniţiale. Cu alte cuvinte, pentru a extrage 100 MWh din baterie înapoi, e nevoie să se consume aproximativ 118 MWh de electricitate la încărcarea ei. E un randament mai bun decât cel al hidrocentralelor prin pompaj. Şi, spre deosebire de centralele de baterii, aici nu există degradare de cicluri, pentru că blocurile de beton rămân aceleaşi, iar energia potenţială are aceeaşi formulă fizică întotdeauna. Trebuie doar asigurată mentenanţa mecanismelor.

Totuşi, construcţia a durat mai mult decât se estima iniţial, iar asta nu din cauză vreunei greşeli fizice sau de proiectare, ci din cauza execuţiei locale a proiectului. Prima mare reţinere a fost la pilonii adiţionali necesari în fundaţie pentru a stabiliza construcţia grea pe sol, iar asta a venit din cauza estimării greşite iniţiale a constructorului chinez a rezistenţei solului. Apoi, costurile materialelor s-au tot scumpit, iar bugetul a fost depăşit, cerându-se finanţare locală adiţională. În cele din urmă, bugetul a ajuns la peste 150 milioane de euro, ceea ce e foarte mult dacă am compara cu o centrală de baterii de 100 MWh şi 25 MW putere. Probabil şi o hidrocentrală prin pompaj la aceeaşi parametri ar fi uşor mai ieftină.

Deci, prima experienţă a fost scumpă, şi încă mai trece prin ultimele etape de cizelare înainte de etapa operaţională completă. Chinezi s-au plâns pe aceste costuri mari şi au mai temperat din planurile lor iniţiale de a mai avea 10 asemenea baterii. Dar elveţienii au mai găsit alte oportunităţi în lume unde tehnologia lor a fost considerată necesară. Iar costurile vor putea fi mai previzibile de acum încolo, datorită experienţei obţinute în primul proiect, Rudong.