یک آجر غول پیکر از خاک بسیار فشرده را تصور کنید – به بزرگی یک کامیون وانت اما با وزن 24 تن، تقریباً پنج برابر سنگین تر. آسانسوری که با پنل‌های خورشیدی یا توربین‌های بادی کار می‌کند، آن را بیش از 300 فوت از کنار یک ساختمان بزرگ بالا می‌برد و یک چرخ دستی آن را درون آن قرار می‌دهد. اما این تنها نیست. یک سیستم خودکار صدها آجر دیگر را، مانند آب نبات های بزرگ Pez، بلند و ذخیره می کند، زیرا خورشید می درخشد و باد می وزد.

حال تصور کنید که سیستم کنترل ساختمان صدها آجر را یکی یکی پایین بیاورد و در این فرآیند ژنراتورهای برق را بچرخاند. آنها هر روز عصر کاهش می یابند درست زمانی که تقاضا برای برق به اوج می رسد اما خروجی پنل خورشیدی کاهش می یابد.

در واقع، ساختمان پر از آجر یک باتری غول پیکر است که به جای شیمی، انرژی را با گرانش ذخیره می کند.

باتری های گرانشی راه حل بالقوه مهمی برای یک مشکل حیاتی در انقلاب انرژی سبز هستند: اطمینان از اینکه برق زمانی که به آن نیاز داریم در دسترس است، نه فقط در مواقعی که خورشید و باد آن را تامین می کنند.

و این فقط یک ایده نیست. با دو سایت در حال ساخت – یکی در رودونگ، چین، درست در شمال شانگهای، و دیگری در اسنایدر، تگزاس، در حدود 250 مایلی غرب دالاس – استارتاپ Energy Vault آزمایش جدی قابلیت استفاده از فناوری ذخیره‌سازی گرانشی را آغاز خواهد کرد. یک خلبان قبلی 5 مگاوات نیرو تولید می کرد، اما این دو تاسیسات و جانشین های مورد انتظار نشان خواهند داد که آیا ذخیره گرانشی به اندازه کافی مقرون به صرفه و کارآمد برای کار در مقیاس بزرگ است یا خیر.

وقتی خورشید غروب می‌کند، قدرت داشته باشید

ممکن است فکر کنید قرار دادن پنل های خورشیدی بر روی پشت بام به مبارزه با تغییرات آب و هوایی کمک می کند، اما بدون نوعی ذخیره انرژی در خانه یا در شبکه، احتمالاً برای روشن کردن چراغ های خانه خود به نیروگاه های گازی و زغال سنگ پرتاب کننده دی اکسید کربن متکی خواهید بود. ، تلویزیون و ماشین ظرفشویی با غروب خورشید.

Energy Vault فناوری خود را در مقیاس کوچکتر در سوئیس آزمایش کرد، جایی که دفتر مرکزی این شرکت 170 نفری قرار دارد. دو سیستم EVx در حال ساخت آن بسیار بزرگتر هستند. سیستم چینی که برای شرکت مدیریت زباله و بازیافت China Tianying ساخته شده است، در ساختمانی به ارتفاع 400 فوت است و ظرفیت ذخیره انرژی 100 مگاوات ساعت خواهد داشت. این برای تامین برق 3400 خانه برای یک روز کامل کافی است و این سیستم باید تا ژوئن تکمیل شود. سیستم تگزاس، در ساختمانی با ارتفاع 460 فوت (اما باریکتر)، ظرفیت 36 مگاوات ساعت را برای شرکت برق Enel فراهم می کند.

پنل های خورشیدی و توربین های بادی در حال حاضر انرژی ارزان تری نسبت به نیروگاه های زغال سنگ و گاز طبیعی تولید می کنند که آنها را به گزینه ای واضح برای جایگزینی سوخت های فسیلی تبدیل می کند. بر اساس ردیابی شرکت مشاوره سرمایه گذاری و مدیریت دارایی Lazard، هزینه های انرژی خورشیدی از سال 2009 تا 2023 83 درصد و هزینه های باد در مدت مشابه 63 درصد کاهش یافته است. اما در بسیاری از نقاط کشور، پنل‌های خورشیدی جدید اغلب در اواسط روز بدون کمک در عصرها، انرژی زیادی را تامین می‌کنند.

عدم تطابق بین تولید برق و مصرف برق عامل بدنام “منحنی اردک” است، نموداری با شکل پرنده ای که نشان می دهد نابرابری هر سال افزایش می یابد. این نابرابری، سازگاری شرکت‌های برق با تغییرات سریع تقاضا را دشوار می‌کند و به این معناست که منابع انرژی فسیلی مانند «نیروگاه‌های اوج‌پذیر» گاز طبیعی، برق را در عصرها تامین می‌کنند.

رابرت پیکنی، مدیر اجرایی Energy Vault می‌گوید: «اگر روزی بخواهیم بیشتر و بیشتر خود را از سوخت‌های فسیلی کنار بگذاریم و آن را با تولید انرژی‌های تجدیدپذیر متناوب جایگزین کنیم، تنها راه حل این مشکل ذخیره‌سازی است.»

Energy Vault تنها نیست. استارت آپ دیگری به نام Gravitricity یک سیستم نمایشی 250 کیلوواتی ساخته است و در حال برنامه ریزی یک سیستم بزرگتر 4 تا 8 مگاواتی در یک شفت معدن بلااستفاده است.

هزینه ذخیره انرژی کلیدی است

ذخیره گرانشی تنها یک راه برای هموار کردن جهش های باد و خورشید است. باتری‌های بزرگی مانند Tesla Megapacks – نسخه‌هایی در مقیاس صنعتی از همان باتری‌هایی که انرژی تلفن یا وسیله نقلیه الکتریکی شما را تامین می‌کنند – به طور فزاینده‌ای در شبکه برق رایج هستند. «هیدرو پمپ شده»، شکل قدیمی‌تری از باتری گرانشی که آب را به یک مخزن سربالایی پمپ می‌کند و پس از بازگشت به سرازیری، انرژی تولید می‌کند، برای دهه‌ها مورد استفاده قرار گرفته است، اما توجه جدیدی را به خود جلب کرده است. روش‌های دیگر عبارتند از پر کردن محفظه‌های زیرزمینی با هوای فشرده، ذخیره هیدروژن که بعداً سلول‌های سوختی را تامین می‌کند، و ساخت انواع مختلف باتری‌ها مانند باتری‌های روی و باتری‌های جریانی.

هزینه عامل اصلی در تعیین اینکه چه فناوری ذخیره سازی غالب است، از جمله تولید اولیه و عملیات ادامه خواهد بود.

سلن لاو، تحلیلگر انرژی در شرکت مشاوره Cleantech Group می گوید: «در پایان روز همه چیز به قیمت پایین می آید. او گفت و برای ذخیره گرانشی، سؤالات در مورد هزینه کل همچنان وجود دارد.

در واقع، یک مطالعه وزارت انرژی ایالات متحده در سال 2022 به این نتیجه رسید که ذخیره انرژی گرانشی در تاسیسات کوچکتر نسبتاً گران است. جایی که مقرون به صرفه تر است، سیستم های با ظرفیت بالا است که برای مدت زمان نسبتاً طولانی – 10 ساعت یا بیشتر، نیرو تولید می کنند.

Energy Vault هزینه دو سیستم در دست ساخت را فاش نکرده است، اما موافق است که این فناوری مزایایی را برای نیازهای انرژی طولانی مدت ارائه می دهد.

طول عمر یک عامل هزینه در طول عمر گیاه است. باتری ها با استفاده ظرفیت خود را از دست می دهند، همان طور که تلفن شما پس از چند سال مالکیت به مدت طولانی کار نمی کند، اما اجزای ذخیره سازی جاذبه مانند قرقره ها و ژنراتورها را می توان حفظ کرد.

مارکو تروزین، مهندس مکانیک و مدیر ارشد محصولات تجاری Energy Vault، گفت: “کلید پیشنهاد ارزش ما عدم تخریب محیط ذخیره سازی است.” ما حداقل 35 سال ضمانت سیستم را ارائه می دهیم.”

اگرچه Energy Vault تنها گام‌های اولیه خود را در اثبات ارزش این فناوری برداشته است، دو مشتری به این نتیجه رسیده‌اند که امروز ارزش پرداخت برای آن را دارد. این شرکت گفت و سیستم 100 مگاوات ساعت در چین تنها اولین سیستم در آنجا است. این کشور انتظار دارد بعداً 4 گیگاوات ساعت تا 6 گیگاوات ساعت ظرفیت دیگر را تأمین کند – که 40 تا 60 برابر نیروگاه اولیه افزایش می یابد.

چگونه EVx Energy Vault کار می کند

سیستم ذخیره سازی EVx گرانشی Energy Vault یک ساختمان مستطیل شکل غول پیکر است که تا حد زیادی به صورت خودکار کار می کند. در اینجا نحوه عملکرد آن آمده است.

ابعاد آجرهای موجود در قلب سیستم هر کدام 3.5 در 2.7 در 1.3 متر (حدود 11 در 9 در 4 فوت) و وزن 24 متریک تن است. آنها از 99٪ خاک فشرده شده با مقداری آب و مخلوط پلیمری برای تثبیت آن با استفاده از دستورالعمل شرکت مواد ساختمانی مکزیکی Cemex ساخته شده اند. چگالی آنها 2.4 برابر آب و تقریباً به اندازه بتن است.

آجرها در کنار هم در داخل ساختمان ذخیره می شوند، مانند دومینوهایی که به هم چسبیده اند. قبل از اینکه آنها بالا یا پایین بیایند، یک سیستم واگن برقی هر آجر را سنگین می کند و آن را به سمت آسانسور می برد.

آجرها برای ذخیره انرژی در هشت سطح بالای ساختمان قرار می گیرند و برای تولید برق به هشت سطح پایینی مربوطه پایین می آیند. تروزین گفت که هر آجر که با سرعت 1.9 متر در ثانیه (6.23 فوت) پایین می آید، حدود یک مگاوات است. این مقدار برای تامین برق 2000 یخچال کافی است.

هنگامی که هر آجر به پایین می رسد، به صورت رباتیک به سیستم چرخ دستی منتقل می شود و به سمت مرکز ساختمان حرکت می کند.

طولانی‌تر کردن ساختمان، با مسیرهای ترولی طولانی‌تر، به این معنی است که آجرهای بیشتری را می‌توان برای ساعت‌های بیشتری از تولید برق ذخیره کرد. عریض‌تر کردن ساختمان با آسانسورهای بیشتر به این معنی است که سیستم می‌تواند نرخ اوج توان بالاتری تولید کند.

در مورد کارایی، Energy Vault تضمین می‌کند که سیستم‌های EVx حداقل 80 درصد انرژی مورد نیاز برای بلند کردن آجرها و جابجایی آن‌ها از جمله عواملی مانند اصطکاک را تولید خواهند کرد. این راندمان کلی با آب پمپاژ شده قابل مقایسه است.

کلید کسب‌وکار Energy Vault سیستم کنترلی است که تصمیم می‌گیرد زمان و مکان آجرها را برای ذخیره‌سازی بهینه و حتی خروجی انرژی تعیین می‌کند.

بیل گراس، مدیر اجرایی Idealabs و یکی از بنیانگذاران Energy Vault که در کنفرانس Techonomy Climate در ماه مارس صحبت می کرد، گفت: «در حالی که ما در حال کاهش سرعت یکی در پایین هستیم، دیگری در حال بارگیری است و شروع به شتاب می کند.

حداکثر خروجی در سیستم چین 25 مگاوات و در سیستم تگزاس 18 مگاوات خواهد بود.

غلبه بر چالش های ذخیره سازی جاذبه

Energy Vault پس از ارزیابی چندین گزینه دیگر – شن در چرخ دستی‌ها، آب در مخازن، بلوک‌های بتنی آویزان شده از جرثقیل‌ها، به طرح فعلی‌اش رضایت داد.

EVx برای غلبه بر مشکلات مربوط به آن طراحی ها طراحی شده است. این ضد آب و هوا است، به این معنی که مثلاً آجرها خیس نمی شوند یا در اطراف باد نمی شوند.

Energy Vault تمام تخم‌های ذخیره انرژی خود را در سبد جاذبه قرار نمی‌دهد. قراردادی با شرکت گاز و الکتریک اقیانوس آرام کالیفرنیا می‌تواند منجر به ایجاد سیستمی برای تامین انرژی شهر کالیستوگا با ترکیبی از سلول‌های سوختی هیدروژنی و باتری‌ها به مدت 48 ساعت شود. تروزین گفت: سیستم های هیبریدی با جاذبه و ذخیره باتری نیز منطقی هستند، زیرا باتری ها می توانند به سرعت به افزایش یا کاهش واکنش نشان دهند.

با توجه به اینکه کارخانه های Energy Vault در حال تولید هستند، امسال باید ایده بهتری به دست آوریم که ذخیره سازی گرانشی واقعاً چگونه کار می کند. قانون گروه Cleantech گفت: «این سالی حیاتی برای Energy Vault خواهد بود. “اثبات در پودینگ خواهد بود.”

این شرکت سودآور نیست و زیان خالص 78 میلیون دلاری را برای سال 2022 با درآمد 146 میلیون دلاری گزارش کرده است. و سهام آن طی سال گذشته 89 درصد سقوط کرده است، سرنوشتی که بسیاری از استارت آپ ها با مشکلات اقتصادی و سرمایه گذاران بدبین دچار شدند.

با این حال، Piconi از Energy Vault متقاعد شده است که این شرکت در مسیر درستی برای اقتصادی‌تر کردن ذخیره‌سازی انرژی است.

پیکنی گفت: “باد و خورشید اکنون بسیار ارزان تر از سوخت های فسیلی هستند… مشکل این است که ذخیره سازی معمولاً 10 تا 15 برابر آن است.” “ما باید به آنجا برسیم.”

تصحیح، 9:26 صبح PT: نسخه قبلی این داستان نتایج مالی 2022 Energy Vault را اشتباه بیان کرد. زیان خالص 78 میلیون دلاری با درآمد 146 میلیون دلاری را گزارش کرد.