LEST: Концепция по трансформации небоскребов в гравитационные накопители энергии

Возобновляемая энергия непостоянна, поэтому хранение и высвобождение энергии будет иметь решающее значение в ближайшие несколько десятилетий. Исследователи IIASA предложили интересное решение, предложив превратить небоскребы в гигантские гравитационные батареи для чрезвычайно дешевого хранения возобновляемой энергии.Система хранения энергии Lift превратит небоскребы в гигантские гравитационные батареи и будет работать еще более эффективно в паре с бескабельными магнитными лифтами нового уровня, такими как мультилифт компании Thyssenkrupp, изображенный на иллюстрации выше. Thyssenkrupp

Концепция достаточно проста: избыток возобновляемой энергии можно хранить в виде потенциальной энергии, используя ее для поднятия чего-то тяжелого на большую высоту. Затем эта энергия может быть высвобождена с помощью гравитации для приведения в действие какого-либо генератора. Исследователи из Международного института прикладного системного анализа (IIASA) в Вене, Австрия, изучив высоту и расположение небоскребов, увидели огромное количество готовых накопителей энергии, "которые только и ждут, чтобы их задействовали".

Лифтовая технология хранения энергии (LEST) будет использовать существующие лифтовые системы высотных зданий. Многие из них уже оснащены системами рекуперативного торможения, которые могут собирать энергию по мере спуска лифта, поэтому их можно рассматривать как уже установленные генераторы энергии. LEST также будет использовать свободные площади внутри здания, (предпочтительно ближе к крыше или к нижнему этажу). Таким образом, дооснащение здания подобными мощностями может быть очень недорогим, по сравнению со строительством специальной системы гравитационных батарей в каком-либо другом месте.

По сути, LEST будет использовать время простоя лифтов, перемещая тяжелые предметы (например, большие контейнеры с влажным песком) из нижней части здания наверх, когда доступен избыток возобновляемой энергии, и из верхней части здания вниз, когда эта энергия может быть использована или возвращена в энергосистему.

Тяжелые грузы можно будет перемещать в верхнюю часть здания для "зарядки" небоскреба, а затем спускать, используя рекуперативное торможение в лифтах, для "перезарядки". IIASA

Команда IIASA предложила создать серию автономных роботов-трейлеров, которые будут поднимать грузы и буксировать их в лифты и из лифтов, где это целесообразно. Их можно хранить либо в коридорах, в пустующих квартирах или офисах, либо в специально отведенных для этого местах, если здание планируется с учетом этой системы (свободные цокольные и чердачные помещения могут вполне подойти для этой цели)

Грузы не должны быть слишком громоздкими, чтобы не мешать людям заходить с ними в лифт, при этом роботов можно запрограммировать так, что они будут покидать лифт, если пассажиры зайдут в него и превысят его грузоподъемность. Алгоритмы могут определять наиболее подходящее время для поднятия грузов и время сбора накопленной энергии, не позволяя превратить лифтовую систему в кошмар для жильцов. 

В исследовании, опубликованном в журнале Energy, ученые утверждают, что современные интеллектуальные лифты с синхронными мотор-редукторами на постоянных магнитах могут работать с КПД около 92 процентов при полной загруженности механизмов и их спуске с оптимальной скоростью. 

Существует множество различных технологий хранения энергии на уровне энергосистемы, но LEST обладает некоторыми уникальными характеристиками, которые могут обеспечить ей достойную нишу на рынке. Прежде всего, она будет устанавливаться непосредственно в центре города, который она обслуживает, используя для этого готовые элементы самой современной инфраструктуры, известной человеку. Это значительно сократит капитальные затраты, поскольку все, что вам нужно сделать, - это завезти в вестибюль несколько роботов и необходимые инструменты, разобраться с программным обеспечением, и все будет готово к работе. 

Такая система вряд ли будет пользоваться повышенным спросом, как большие аккумуляторные батареи, но, с другой стороны, она может стать отличным решения для устранения основных недостатков таких систем. В частности, они, скорее всего, будут менее эффективны при долгосрочных сезонных колебаниях выработки энергии и многодневных отключениях. LEST может накапливать огромное количество энергии летом, а затем постепенно высвобождать свои резервы в течение зимнего периода.

Однако в каждом конкретном здании придется столкнуться с довольно сложными проблемами. Например. Какой вес могут выдержать верхние этажи, прежде чем все эти массивные грузы провалятся сквозь перекрытия и изменят облик каждой квартиры, через которые они пролетят по пути вниз? Найдете ли вы оптимальное место для размещения "огромных контейнеров", не заставляя при этом ваших квартиросъемщиков поднимать бунт из-за загромождения коридоров? 

Если вы думаете об аренде свободной квартиры, то какова экономическая эффективность системы LEST, учитывая традиционно высокую арендную плату за квартиры и офисы на верхних этажах, не говоря уже о столь же высоких ценах, которые можно получить за парковочные места на цокольных этажах здания? 

И все же, это довольно изящная попытка латерального мышления и удивительно экономичный вариант, если конечно прогнозы команды оправдаются. Стоимость хранения энергии установленной мощности LEST оценивается в 21-128 долларов США за кВт/ч, что в значительной степени зависит от высоты здания, о котором идет речь. Для сравнения, Национальная лаборатория возобновляемой энергии оценила стоимость установленной мощности четырехчасовых аккумуляторных систем в 345 долларов США за кВт/ч в 2020 году. По ее прогнозам, даже при самых оптимистичных оценках эта цифра не опустится ниже 100 долларов США за кВт/ч до конца 2040-х годов. 

 По оценкам команды IIASA, если все существующие в мире высотные здания оборудовать такими накопителями энергии, то можно получить от 30 до 300 гигаватт-часов энергии, что более чем достаточно для обеспечения работы всего Нью-Йорка в течение месяца при текущем уровне потребления. И это, безусловно, значительный вклад в развитие экологичной энергетической отрасли.

Результаты исследования опубликованы в открытом доступе в журнале Energy.
Источники: Journal Energy, International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA)
(https://iiasa.ac.at/news/may-2022/turning-high-rise-buildings-into-batteries)
(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360544222010052)