Постоянно в комментариях пишут про новый тип аккумуляторных батарей - гравитационные. Это система хранения в виде потенциальной энергии поднятого груза. И именно ее некоторые рассматривают как решение проблем прерывистой генерации солнечных панелей и ветряков.
"Традиционные" химические батареи выдерживают 1000 циклов, а в реальности, как все мы знаем из опыта эксплуатации батарей для телефонов, всего 600, что равно 2 годам.
В отличие от химических батарей гравитационные накопители имеют:
- Ресурс в 10-20 раз больший (20-40 лет)
- Нулевые потери энергии при хранении.
- Потери только при "зарядке" и "разрядке": 90% на цикл. (75% в презентации для инвесторов [1]. После того как глава Theranos попала под следствие и лишилась всего, инвесторам втюхивают более реальные цифры 😂)
С ресурсом у таких аккумуляторов все действительно хорошо. Но проблема в другом.
Давайте обсчитаем характеристики такого хранилища энергии на примере компании Energy Vault.
Для этого нам потребуется 3 соотношения :
- 1 Ватт * 1 секунду = 1 Дж
- 1 кВтч = 1000 Вт *3600 секунд = 3,6 МДж
- Потенциальная энергия: H (высота центра тяжести, метры) * M (масса, кг) * g (ускорение свободного падения у поверхности Земли,~10 м/с²) = энергия в Джоулях
Оценка стоимости хранения энергии.
Способ 1
Компания "скромно" умалчивает о параметрах установок, но для оценки достаточно только озвученной высоты (150 метров) и еще два параметра: диаметр в заряженном (35 метров) и разряженном (60 метров) состоянии, возьмем по пропорции сооружения на картинке.
При этом разряженное состояние возьмем в форме цилиндра, как и заряженное (синий прямоугольник на левом крае картинки выше).
- Высота заряженного состояния: 150 метров →
- Объем бетонных блоков (сплошной): 1/4 * π * 35² * 150 м³ =145*10³ м³→
- Стоимость бетонна по ценам РФ (5 000 р/м³): 0,723*10⁹ рублей→
- Вес бетонных блоков (плотность 2 500 кг/м³): 0,361*10⁹ кг→
- Средняя высота заряженного состояния (центр тяжести): 75 метров→
- Высота разряженного состояния: 1/4 * π * 35² * 150 / (π/4 * 60²)= 50 м→
- Средняя высота разряженного состояния (центр тяжести): 25 метров→
- Перепад высот: 50 метров→
- Запас энергии: 50 (м) * 0,361*10⁹ (кг) *10 (g) =180*10⁹ Дж→
- Запас энергии в кВтч: 180*10⁹ Дж/ 3,6 МДж = 50 000 кВтч→
- Стоимость бетона на емкость 1 кВтч: 0,723*10⁹/ 50 000= 14 500 рублей/кВтч
Оценка стоимости хранения энергии. Способ 2
На просторах интернета была найдена вот такая информация [2]:
Если просто пересчитать по пропорции высот 120м/150м, то получим из наших 50 Мвтч, 40 МВтч (вместо 35 МВтч) что показывает, что оценка была сделана достаточно хорошо!
Стоимость 1кВтч емкости хранилища по данным с последнего скрина составляет:
8 000 000 * 78 / 35 000 = 17 800 рублей/кВтч. Здесь также наша оценка достаточно хорошо "попала")). Хотя мы оценивали только бетон)).
Нормализованная стоимость хранения (LCOE)
Этот подход мне представляется не совсем корректным [3], но так как других данных не приводится, используем его:
Как видим, они сами себя оценивают в 1,7 раза лучше чем Li-Ion батареи, и надеются, что будет почти 2 в раза лучше к 2025 году. Это при том, что они имеют в 10-20 раз больший срок службы.
На сколько можно верить их прогнозам?
Лучше всего об этом говорит вот этот прогнозный график лоббистов возобновляемой энергии из IRENA, который они используют в своей презентации:
Возможно и присутствует падение использования ископаемого топлива в 2021 году, судя по его дефициту и драматической битве за газ и уголь в Азии и Европе, которая подняла цены в разы. Но вот соответствующего роста возобновляемой энергии не произошло))
Сравнение соотношения цен солнечных панелей и хранения энергии
Солнечные панели сейчас стоят ~4000 рублей за 100 Ватт. С КИУМ 10% они в среднем дают 0,1 кВт * 24ч * 10% =0,24 кВтч в сутки.
С учетом потерь (25%) получается запасать надо 0,24 / 0,75 =0,32 кВтч
Чтобы запасти всего на сутки энергии (пасмурный день) надо на каждую такую панель иметь хранилище на 0,32 кВтч. При стоимости 18 000 рублей за 1кВтч, это дает еще ~ 5 700 рублей.
Таким образом, даже использование гравитационных накопителей, которые более эффективны чем литиевые, увеличивает стоимость энергетики от солнца МИНИМУМ в 2,5 раза.
Если требуется создать запас на 4 дня, то это увеличивает стоимость системы почти в 7 раз.
Надеюсь, у вас больше не осталось недопонимания про гравитационные накопители, которые якобы решат все проблемы человечества с хранением энергии! Но если у вас все же остались вопросы или есть возражения - смело пишите!)
ps
Желающие могут проделать совсем несложные вычисления и убедиться, что использование гравитационных накопителей в качестве системы, которая выравнивает спрос в течении суток не имеет коммерческого смысла.
☢ Алексей
__________________________
Подписывайтесь на мой канал, впереди много интересного
Ставьте 👍🏻 чтобы мои статьи были у вас в ленте
Ваша Беседка ☀️
_________________________
Мои статьи на тему экономики ищите по тегу #экономика_и_энергетика_беседка
Ссылки и источники: