673886040@qq.com
Превращение зданий в аккумуляторы для дешевого улучшения качества электроэнергии
Ученые предлагают превратить высокие здания в аккумуляторы
Для обеспечения надлежащего баланса спроса и предложения электроэнергии технологии хранения энергии становятся все более необходимыми в связи со значительным снижением стоимости возобновляемых источников энергии, таких как ветровая и солнечная энергия. Качество электроэнергии в мегаполисах может быть улучшено с помощью новой идеи хранения энергии, предложенной исследователями Международного института прикладного системного анализа (IIASA), которые могут превратить высокие здания в аккумуляторы.
За последние несколько лет способность земного шара производить электричество с помощью солнечной энергии, энергии ветра и других возобновляемых технологий значительно возросла, и ожидается, что к 2026 году эта способность увеличится более чем на 60% по сравнению с уровнем 2020 года. Это равнозначно суммарной нынешней общей мировой энергетической мощности атомной энергетики и ископаемого топлива. По оценкам Международного энергетического агентства, до 2026 года возобновляемые источники энергии будут обеспечивать около 95% роста мировых энергетических мощностей, причем более половины этого роста придется на солнечную фотоэлектрику. Однако для продвижения к обществу с низким или нулевым уровнем выбросов углерода необходимы инновационные решения, а также альтернатива традиционным энергетическим системам для хранения и потребления энергии.
В своем исследовании, которое недавно было опубликовано в журнале Energy, ученые IIASA предложили новую систему хранения энергии на основе гравитации, которая использует лифты и свободные квартиры в высоких зданиях. Эта странная концепция, названная авторами Lift Energy Storage Technology (LEST), накапливает энергию за счет подъема контейнеров с влажным песком или других материалов высокой плотности, которые дистанционно перемещаются в лифт и из него с помощью автономных прицепных устройств. LEST представляет собой интригующую возможность, поскольку в высотных зданиях уже есть лифты, поэтому нет необходимости в дополнительных инвестициях или занимаемых площадях, а нужно использовать то, что уже есть, новым способом для создания ценности для электрической сети и владельца здания.
"Меня всегда интересовали темы, связанные с потенциальной энергией, другими словами, получение энергии при изменении высоты, такие как гидроэнергетика, насосно-аккумулирующие установки, плавучесть и гравитационное хранение энергии. Концепция хранения гравитационной энергии в последнее время также привлекает значительное внимание научного сообщества и стартапов. Концепция LEST пришла мне в голову после того, как я провел значительное количество времени, поднимаясь и спускаясь на лифте после недавнего переезда в квартиру на 14-м этаже", - объясняет ведущий автор Джулиан Хант, научный сотрудник исследовательской группы IIASA по устойчивым системам обслуживания.
По мнению авторов, основной проблемой для обеспечения жизнеспособности гравитационного накопителя энергии является стоимость энергоемкости. Важнейшим преимуществом LEST является то, что энергоемкость уже установлена в лифтах с системами рекуперативного торможения. В мире эксплуатируется более 18 миллионов лифтов, и многие из них проводят значительную часть времени в неподвижном состоянии. Идея заключается в том, что когда лифты не используются для перевозки людей, их можно использовать для хранения или выработки электроэнергии.
Как и в случае с любой новой системой, есть еще несколько деталей, которые необходимо доработать, прежде чем система будет развернута. В частности, необходимо найти место для хранения грузов, на которые опирается система, в верхней части здания, когда система полностью заряжена, и в нижней части здания, когда система разряжена. Пустые квартиры или коридоры могут быть подходящими вариантами в этом отношении. Еще одним соображением является несущая способность потолка существующих зданий, где установлена система, то есть общая масса в килограммах на квадратный метр, которую потолок может выдержать без обрушения. Однако возможность хранить энергию там, где электричество в основном потребляется, например, в городах, принесет большую пользу энергосистеме, а LEST может обеспечить доступные и децентрализованные вспомогательные услуги, которые, в свою очередь, могут улучшить качество электроэнергии в городских условиях.
"Экологичные и гибкие технологии хранения энергии, такие как LEST, будут становиться все более ценными для общества в будущем, когда значительная часть электроэнергии будет поступать из возобновляемых источников. Поэтому политикам и регуляторам энергосистем необходимо принять стратегии, стимулирующие конечных пользователей, в данном случае, высотные здания, к совместному использованию своих распределенных ресурсов хранения, таких как LEST, с центральной сетью. Скоординированное использование таких распределенных ресурсов снижает необходимость инвестиций в крупномасштабные централизованные системы хранения", - заключает соавтор исследования Бехнам Закери, научный сотрудник Группы комплексной оценки и исследования изменения климата IIASA.
Справка: "Лифтовые технологии хранения энергии: Решение для децентрализованного хранения энергии в городах" Джулиан Дэвид Хант, Андреас Насименто, Бехнам Закери, Якуб Юраш, Павел Б. Домбек, Пауло Сержио Франко Барбоза, Роберто Брандао, Нивалде Жозе де Кастро, Вальтер Леал Фильо и Кейван Риахи, 25 мая 2022 года, Energy.
DOI: 10.1016/j.energy.2022.124102
