6.8.3
Gravitační skladování energie 03: Gravitační baterie
Ing. Bohumil Číhal
NahoruPůsobení gravitace na závaží
Projekt společnosti Gravitricity využívá princip působení gravitace na pevné závaží, zavěšené na svislém laně. Vytažením závaží se gravitační baterie nabíjí. Spouštění závaží generuje elektřinu a gravitační baterie se vybíjí.
Na následujícím obrázku je uveden demonstrační pilotní projekt Gravitricity o výkonu 250 kW. Jedná se o 14,5 m vysokou konstrukci a zvedána jsou dvě 25 tunová závaží. Lana nesoucí závaží jsou navíjena uprostřed ocelové konstrukce a navíjecí lano je přivedeno přes kladky na převodovku, která je spojena s motorem/generátorem. Postupné spouštění jednotlivých závaží zajistí plynulé předávání vybíjecí energie.
Obr. č. 6: Koncept demonstračního zařízení společnosti Gravitricity
Uložení podobného systému do již existující šachty znamená odstranění problémů výškové konstrukce a navýšení celkové kapacity, neboť vertikální důlní šachty bývají hluboké stovky metrů. Zařízení instalované do bývalých důlních šachet, by mohlo mít okamžitý výkon až 20 MW při hmotnosti závaží až 5 000 tun a účinnost mezi 80 až 90 % s dobou rozběhu na maximální výkon do 1 s.
Obr. č. 7: Příklad uložení závaží do šachty
NahoruGravitační baterie Energy Vault
Gravitační baterie švýcarské společnosti Energy Vault je založena na operování s jednotlivými betonovými bloky pomocí 110 metrů vysokého jeřábu se šesti rameny.
Jeřáb má na každém rameni jeden pohon konající pohyb posuvný po rameni jeřábu a zároveň je schopný navíjet, či spouštět závaží v podobě betonových bloků. Díky šesti ramenům může jeřáb jednotlivé bloky se zátěží stahovat různou rychlostí, a tak i jemně řídit výsledný výkon a jeho stabilitu. Energie se do systému ukládá vytažením zátěží o hmotnosti 35 tun na vrchol uspořádaně uložených bloků.
Obr. č. 8: Energetická věž u větrné elektrárny a její jeřábová ramena
Principem tohoto systému je skládání betonových bloků na sebe okolo jeřábu. V případě dostatku energie v síti jeřáb bere betonové bloky nejprve nejdále vzdálené od středu a přesunuje je do vyšší polohy směrem blíž ke středu jeřábu. V případě potřeby generovat energii uchytí jeřáb závaží nacházející se nejblíž ke středu jeřábu a spustí je do řady, která je nejméně zaplněná.
Obr. č. 9: Systém ukládání bloků od plně nabité věže
Systém skládání bloků reaguje na potřeby sítě. Výrobce udává maximální okamžitý výkon 4 MW, jmenovitou kapacitu 35 MWh s dobou rozběhu na maximální výkon 2,9 s.
Při realizaci tohoto systému je třeba brát v úvahu přírodní podmínky. Obecně platí, že s rostoucí výškou od zemského povrchu se logaritmicky zvyšuje rychlost větru. Nezanedbatelná a tím pádem i limitující je proto otázka vlivu větru na stabilitu celé soustavy a na kývání bloků během spouštění/navíjení.
Dalším možným problémem je spojitá dodávka výkonu. V případě potřeby dodávat maximální výkon, muselo by pracovat všech šest generátorů najednou. Poté, co by všechny bloky dopadly do polohy s minimální energií (pád tělesa volným pádem ze 120 m trvá necelých 5 s), by byla přerušena dodávka výkonu do sítě a jeřáby by se musely navinout zpět, uchytit další závaží atd. Pro zaručení dodávání spojitého výkonu do sítě, musel by pracovat jenom určitý počet generátorů. To limituje maximální výkon. Kvůli nedostatku informací o parametrech soustrojí nelze určit, zda udávaný výkon počítá se spojitou, nebo nespojitou dodávkou.
NahoruSoustavy vozíků ARES
ARES (Advanced Rail Energy Storage) je americká společnost zabývající se gravitačními úložišti energie na principu pohybující se soustavy vozíků bez motoru s lany resp. řetězovým pohonem na izolované trati. Použít lze svah, výškové konstrukce či hloubkové šachty.
Obr. č. 10: Koncept řešení vozíkového systému
Koleje, po kterých se pohybují vozíky se zátěží, vedou přes horní plošinu, svah a končí zase na plošině. Na vrchu kopce je plošina, kde jsou vozíky s největší polohovou energií. Následuje svah (různé délky, o různém sklonu, podle aplikace), po kterém jsou vozíky spouštěny, nebo naopak taženy pomocí řetězového systému a motorů. Jakmile vozík opouští svah, ocitá se na dolní…
