Wieżowce, kopalnie i Góra Żar – czy coś je łączy?

Grawitacyjne magazyny energii stanowią wyraźną większość mocy magazynowych energii elektrycznej w Polsce. Chodzi o elektrownie szczytowo-pompowe – jak ta funkcjonująca od 1979 roku na Górze Żar. Idea działania instalacji tego typu jest prosta – kiedy następuje nadwyżka produkcji elektrycznej (np. w wyniku dobrych warunków dla OZE i dużej generacji ze źródeł odnawialnych) woda przepompowywana jest z jednego zbiornika, który położony jest niżej, do drugiego, który znajduje się na wyższym poziomie. Dzięki temu energię elektryczną zmienia się na energię potencjalną grawitacji. W chwili dużego zapotrzebowania na prąd wodę z górnego zbiornika spuszcza się w dół przez turbinę napędzającą generator – tym razem energia grawitacji zmienia się w energię elektryczną. 

Elektrownia szczytowo-pompowa w mieście?

Elektrownie szczytowo-pompowe mają jedną sporą wadę – wymagają specyficznego ukształtowania terenu. Do ich budowy potrzeba źródła wody i znajdującego się w pobliżu wzniesienia. Liczba miejsc, które spełniają te kryteria, jest więc ograniczona, trudno wyobrazić sobie elektrownie szczytowo-pompową funkcjonującą w środku dużego miasta. Jednak czy na pewno?

Czy udałoby się idee działania elektrowni szczytowo-pompowej przenieść do drapaczy chmur, które powstają w nowoczesnych miastach? Niektórzy inżynierowie uważają, że jak najbardziej. Należą do nich ci architekci, którzy stoją za zbudowaniem najwyższego budynku na świecie – Wieży Chalifa w Dubaju, która sięga prawie 830 metrów. Pomysł polega na wykorzystaniu ciężkich bloków, które miałyby być opuszczane i podnoszone w specjalnie przystosowanym do tego szybie. W planach jest stworzenie technologii, która pozwoli na wykorzystanie grawitacyjnych magazynów energii  w budynkach o wysokości od 300 do nawet 1000 metrów. Wysokość jest o tyle ważna, że pozwala na zwiększenie ilości magazynowanej energii. 

Grawitacyjne magazynu energii w drapaczach chmur mogą również wpływać na zmniejszenie emisyjności tych budynków. W czasie budowy konstrukcji tego typu wykorzystuje się technologie i materiały, których produkcja i wykorzystanie powoduje znaczne emisje gazów cieplarnianych, a dla których nie istnieją bardziej ekologiczne alternatywy. Dlatego magazyny energii wbudowane w konstrukcję mogłyby w fazie eksploatacji budynku w pewien sposób zrekompensować powstałe przy budowie emisje – przez magazynowanie zielonej energii i oddawanie jej w godzinach większego zapotrzebowania, zmniejszając tym samym generację elektryczności ze źródeł nieodnawialnych.

Grawitacyjne magazyny w kopalniach

Jeśli potrzebujemy różnicy wysokości, możemy albo budować w górę, albo kopać w dół. Wykorzystywanie grawitacyjnych magazynów energii może być odpowiedzią na emisje powstające przy budowie wysokich budynków, albo sposobem na rewitalizację terenów pokopalnianych. Szyby nieczynnych kopalni, które sięgają wiele metrów w głąb ziemi, mogą być więc potencjalnie wykorzystane do grawitacyjnego magazynowania energii. 

W kopalniach można by więc wykorzystywać ciężkie betonowe bloki, podnoszone i opuszczane jak winda. Obecnie na Górnym Śląsku badana jest jednak inna możliwość – wykorzystania wody, jak w klasycznych elektrowniach szczytowo pompowych, z tą tylko różnicą, że górny zbiornik znajdowałby się na powierzchni ziemi, a dolny w jej wnętrzu, w zamkniętych kopalniach. Projekt HESS (ang.  Hybrid Energy Storage System) obejmuje też inne metody magazynowania – magazyny w sprężonym powietrzu i termiczne magazyny energii. Naukowcy badają możliwość wykorzystania wszystkich tych technologii w hybrydowym systemie, który mógłby magazynować nawet 30 MWh. Implementacja takich innowacyjnych rozwiązań mogłaby pomóc w transformacji energetycznej Polski i wykorzystać potencjał kopalni, które dotąd kojarzone z energetyką opartą na węglu, mogłyby stać się częścią zielonej infrastruktury. 

Źródło: Bloomberg, Businesswire, ITPE, Energy Vault, gravitricity.com