Αναμφισβήτητα οι ανανεώσιμες πηγές έφεραν επανάσταση στον τομέα της παραγωγής ενέργειας. Αλλά έφεραν μαζί τους και έναν γρίφο. Για όσο λάμπει ο ήλιος και/ή φυσάει ο άνεμος, έχουμε στη διάθεσή μας άφθονη πράσινη ενέργεια. Τι κάνουμε, ομως, όταν σκοτεινιάζει ο ουρανός και δεν κουνιέται φύλλο;
Η απάντηση, σήμερα, είναι να αυξηθεί η συμβατική παραγωγή ενέργειας, καίγοντας ορυκτά καύσιμα για την τροφοδοσία του δικτύου. Δηλαδή μια λύση του 20ου αιώνα για ένα πρόβλημα του 21ου αιώνα, η οποία έρχεται σε αντίθεση με τους στόχους για τις εκπομπές άνθρακα.
Ορισμένοι ειδικοί στον τομέα της ενέργειας πιστεύουν πως καθαρότερο μέλλον σημαίνει εστίαση σε όλο και μεγαλύτερες μπαταρίες ιόντων λιθίου. Άλλοι υποστηρίζουν ότι το πράσινο υδρογόνο αποτελεί την καλύτερη ελπίδα. Τέλος, υπάρχουν και αυτοί που βλέπουν την λύση, όχι στη χημεία, αλλά στην απεριόριστη δύναμη που μας περιβάλλει όλους: τη βαρύτητα
Ό,τι ανεβαίνει, κατεβαίνει
Αυτή η -γνωστή σε όλους μας φράση- περιγράφει τον μηχανισμό στον οποίο στηρίζεται η λειτουργία των μπαταριών βαρύτητας. Η συγκεκριμένη τεχνολογία αποθήκευσης ενέργειας δεν εκμεταλλεύεται τίποτε άλλο πέρα από την αρχή που μας λέει πως το μήλο θα πέφτει πάντα προς τα κάτω. Όταν η πράσινη ενέργεια είναι άφθονη, την χρησιμοποιούμε για να σηκώσουμε ένα κολοσσιαίο βάρος σε ένα προκαθορισμένο ύψος. Όταν οι ανανεώσιμες πηγές είναι περιορισμένες, απελευθερώνουμε το φορτίο, αφήνοντας την βαρυτική έλξη να κινήσει μία γεννήτρια, δίνοντάς μας πίσω -ως ηλεκτρική- την δυναμική ενέργεια που είχε αποθηκευτεί.
Με νερό
Παρόμοια προσέγγιση αποτελεί η αντλησιοταμίευση, η οποία αντιπροσωπεύει περισσότερο από το 90% της τρέχουσας αποθήκευσης ενέργειας υψηλής χωρητικότητας του πλανήτη. Η πλεονάζουσα ισχύς χρησιμοποιείται για να αντλήσουμε νερό προς ένα υψηλότερο σημείο και στη συνέχεια, όταν χρειάζεται, το αφήνουμε να κυλήσει προς τις υδροηλεκτρικές γεννήτριες. Παρότι είναι ένα δοκιμασμένο σύστημα, υπάρχουν σημαντικά ζητήματα ως προς την επεκτασιμότητα του. Τα υδροηλεκτρικά έργα είναι μεγάλα και ακριβά, ενώ ταυτόχρονα οι γεωγραφικές τους απαιτήσεις θέτουν περιορισμούς (μεγάλες κλίσεις εδάγους και άφθονα ύδατα). Όμως, για να επιτύχουμε μηδενικές εκπομπές άνθρακα, μας χρειάζεται ένα σύστημα αποθήκευσης ενέργειας που να μπορεί να βρίσκεται σχεδόν οπουδήποτε και σε ανάλογη με τον τόπο και τις ανάγκες κλίμακα.
Με βάρη
Η Gravitricity, μία εταιρεία με έδρα το Εδιμβούργο, επιχειρεί να το κάνει πραγματικότητα. Τον Απρίλιο του περασμένου έτους, ο όμιλος δοκίμασε με επιτυχία το πρωτότυπο της μπαταρίας βαρύτητας που ανέπτυξε: έναν πύργο από χάλυβα μήκους 15 μέτρων που φέρει ένα βάρος 50 τόνων από σίδηρο. Οι ηλεκτροκινητήρες ανύψωσαν το τεράστιο φορτίο, εκατοστό προς εκατοστό, πριν το αφήσουν να κινηθεί σταδιακά πίσω προς τη γη, τροφοδοτώντας μια σειρά ηλεκτρικών γεννητριών.
«Η επίδειξη αυτή ήταν «μικρής κλίμακας», δήλωσε ο Jill Macpherson, ανώτερος μηχανικός δοκιμών και προσομοίωσης του Gravitricity, μπόρεσε όμως να παράσχει 250 kW, δηλαδή ισχύ για 750 σπίτια περίπου. Εξίσου ενθαρρυντικά ήταν τα όσα έμαθε η ομάδα για την διάρκεια ζωής του συστήματός της.
«Αποδείξαμε ότι μπορούμε να ελέγξουμε το σύστημα έτσι ώστε να παρατείνουμε τη διάρκεια ζωής ορισμένων μηχανικών εξαρτημάτων, όπως το καλώδιο ανύψωσης», λέει ο Macpherson. “Επίσης, η σχεδίαση του συστήματος είναι τέτοια που να επιτρέπει την εύκολη αντικατάσταση μεμονωμένων εξαρτημάτων αντί να χρειάζεται να αντικατασταθεί ολόκληρο το σύστημα. Άρα, υπάρχει πραγματικό περιθώριο για μια λειτουργική ζωή δεκαετιών.»
Κάτω απ τη γή
Παρά το ότι το πρωτότυπο της Gravitricity είναι εγκατεστημένο στην επιφάνεια, η εταιρεία κάνει “υπόγεια” σχέδια. Οι μηχανικοί της πέρασαν τον τελευταίο χρόνο αναζητώντας παροπλισμένα ανθρακωρυχεία στη Βρετανία, την Ανατολική Ευρώπη, τη Νότια Αφρική και τη Χιλή. Το σκεπτικό, όπως εξηγεί ο διευθύνων σύμβουλος Charlie Blair, είναι αρκετά ξεκάθαρο: «Γιατί να χτίζουμε πύργους όταν μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τη γεωλογία της γης για να συγκρατούμε τα βάρη μας;»
Η υδρόγειος είναι γεμάτη με αχρησιμοποίητα φρεάτια ορυχείων, με αρκετό βάθος ώστε να μπορούν να φιλοξενήσουν ένα σύστημα με πλήρες μέγεθος, με ύψος δηλαδή 300 μέτρων ή ακόμη περισσότερο. Μία υποψήφια θέση για ένα τέτοιο εγχείρημα βρίσκεται στην Τσεχία και είναι πιθανό να έχει τεθεί σε λειτουργία ως 2024. Πρώτα, όμως, πρέπει να ξεπεραστεί ένας αριθμός από προκλήσεις.
«Πρέπει να εξετάσουμε προσεκτικά τις υπάρχουσες δομές -την επένδυση, το περιβάλλον των φρεατίων- και να βεβαιωθούμε ότι είναι απολύτως στρέρεες και ικανές να αντέξουν αρκετές χιλιάδες τόνους», εξηγεί ο Μπλερ. «Υπάρχουν επίσης πιθανά ζητήματα ασφάλειας όπως η απελευθέρωση μεθανίου αλλά και οι πλημμύρες.»
Έχοντας αυτά κατά νου, η Gravitricity εξετάζει το ενδεχόμενο βύθισης δικών της ειδικά κατασκευασμένων φρεατίων: ένα πρότζεκτ που θα αυξήσει μεν το αρχικό κόστος, αλλά υπόσχεται πολύ μεγαλύτερη ομοιομορφία.
Πάνω από τη γή
Ωστόσο, δεν προσανατολίζονται προς αυτές τις υπόγειες επιλογές όλοι όσοι καινοτομούν. Σε μια κοιλάδα στη νότια Ελβετία, το εντυπωσιακό πρωτότυπο από χάλυβα και σκυρόδεμα της Energy Vault, μίας άλλης εταιρείας που δραστηριοποιείται στον χώρο των μπαταριών βαρύτητας, έχει ύψος 20 ορόφων. Όταν η παροχή από τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας υπερβαίνει τη ζήτηση, οι γερανοί του συστήματος -οι οποίοι ελέγχονται με χρήση τεχνητής νοημοσύνης- σηκώνουν ένα ζεύγος από φορτία των 30 τόνων. Όταν η ζήτηση ξεπερνά την προσφορά, εκτελούν ελεγχόμενη κάθοδο, παράγοντας αρκετή ενέργεια για χιλιάδες σπίτια.
Με τη δοκιμασμένη τεχνολογία της, η Energy Vault είναι έτοιμη να ξεκινήσει την εμπορική διάθεση. Για αυτό, η εταιρεία έχει σχεδιάσει κάτι λίγο πιο ευχάριστο αισθητικά από το γωνιακό ελβετικό πρωτότυπο: ένα αρθρωτό κτίριο με το όνομα “EVx” που αποθηκεύει χιλιάδες βάρη σε ένα σύστημα τροχήλατων πλαισίων.
Σκεφτείτε το ως μια αποθήκη ενεργειακών ανελκυστήρων», λέει ο Robert Piconi, Διευθύνων Σύμβουλος της Energy Vault. «Όταν υπάρχει περίσσεια καθαρής ηλεκτρικής ενέργειας, τα -κατασκευασμένα από ανακυκλωμένο υλικό- μπλοκ ανεβαίνουν και πέφτουν ξανά όταν το δίκτυο χρειάζεται τροφοδοσία. Ένα EVx με χωρητικότητα αποθήκευσης 100 MWh μπορεί να τροφοδοτήσει περίπου 25.000 σπίτια για μια μέρα.»
«Δεν θα χρειαστεί να σκάψουμε βαθιές τρύπες ούτε να έχουμε άλλους μεγάλους περιοριστικούς παράγοντες όσον αφορά στην τοποθεσία. Βασικά, όπου και να κατασκευάσετε ένα τέτοιο σύστημα, αυτό θα λειτουργήσει», δηλώνει.
Εξισορρόπηση του δικτύου
Μπορεί να ακούγεται ευσεβής πόθος, αλλά αργά ή γρήγορα, όλες οι χώρες θα αναγκαστούν να αξιοποιήσουν κάποια μορφή αποθήκευσης της πράσινης ενέργειας. Όμως τα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας σχεδιάστηκαν για να λειτουργούν με συμβατικούς σταθμούς παραγωγής και όχι με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.
«Το δίκτυο πρέπει πάντα να είναι ισορροπημένο», εξηγεί ο Thomas Morstyn, ειδικός ηλεκτρολόγος μηχανικός στο Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου. «Οι φορείς εκμετάλλευσης πρέπει συνεχώς να εξισορροπούν την προσφορά με την ζήτηση, αλλά αυτό είναι δύσκολο όταν έχεις κάτι τόσο εγγενώς διακοπτόμενο όπως ο άνεμος ή η ηλιακή ενέργεια, που είναι ευαίσθητα σε ξαφνικές διακυμάνσεις».
Οι μπαταρίες βαρύτητας φαντάζουν ιδανικές για αυτόν τον σκοπό. Η μεγάλη μάζα του φορτίου, σε συνδυασμό με την απίστευτα αργή κάθοδό του, προσφέρουν μια τεράστια ποσότητα ροπής, επιτρέποντας στο σύστημα να αποδίδει τη μέγιστη ισχύ σχεδόν ακαριαία. Αυτό καθιστά την τεχνολογία ιδιαίτερα ικανή στη διατήρηση της ισορροπίας του δικτύου, καθώς εξαλείφει τις διακυμάνσεις -δευτερόλεπτο προς δευτερόλεπτο- μειώνοντας έτσι τον κίνδυνο σοβαρών ζημιών στις υποδομές και τις διακοπές ρεύματος.
Το νερό δεν φεύγει από το προσκήνιο
Μία διαφορετική προσέγγιση -με βάση το νερό- επιχειρεί η Asmae Berrada, ειδικός στην αποθήκευση ενέργειας στο Διεθνές Πανεπιστήμιο του Ραμπάτ στο Μαρόκο, μαζί με την ομάδα της.
Αντί να ανυψώνει ένα μεγάλο στερεό φορτίο, η πλεονάζουσα πράσινη ισχύς θα χρησιμοποιείται για να μετακινεί προς τα επάνω ένα εμβαπτισμένο έμβολο. Στην συνέχεια, και όταν χρειάζεται, η κάθοδος του εμβόλου θα οδηγεί με υψηλή πίεση το νερό σε γεννήτριες. Παρόμοια συστήματα βρίσκονται, ήδη, υπό ανάπτυξη στην Καλιφόρνια και τη Γερμανία.
Δεν μπορούμε να γνωρίζουμε πόσα από αυτά τα σχέδια θα πραγματοποιηθούν με επιτυχία. Το μόνο σίγουρο είναι πως ο κόσμος χρειάζεται τολμηρές και δημιουργικές λύσεις για το κλίμα. Και οι μπαταρίες βαρύτητας, με την αξιοποίηση μιας πραγματικά ανεξάντλητης και πανταχού παρούσας δύναμης, έχουν σίγουρα κάποιο ρόλο να παίξουν.
Πηγή: https://www.bbc.com/
