Гравитационна батерия може да захранва високи сгради със система за съхранение на енергия

В Канада е въведена нова система за съхранение на енергия за високи сгради.

Проектирана от изследователи от Университета на Ватерло, системата за съхранение на енергия чрез чиста гравитация се счита за подходяща за съхранение на възобновяема енергия.

Системата комбинира фасадно монтирани фотоволтаични панели, малки вятърни турбини на покрива, литиево-йонни батерии и съхранение на гравитационна енергия (GS - gravity energy storage) на базата на въжен телфер.

Многоцелева оптимизация

Изследователите посочват, че рамката за многоцелева оптимизация е разработена, за да се минимизират както изравнените разходи за електроенергия (LCOE - levelized cost of electricity), така и зависимостта от мрежата (процентът на енергията на дома или микромрежата, която се внася от основната електропреносна мрежа, като по-ниските проценти показват по-малка зависимост от мрежата. Обозначава се с GD - grid dependency), като се взема предвид реалистична логика на диспечерско управление и годишна експлоатация. Изследователският екип също така разкрива, че системата е оптимизирана за 625 параметрични проекта на сгради, обхващащи различни интензитети на потребление на енергия (EUI - use intensities) и геометрични конфигурации, определени от съотношенията площ към обем на фасадата, дължина към ширина и височина към застроена площ.

Докладите разкриват, че системата, базирана на въжени повдигачи, работи в комбинация с фотоволтаични фасади, инсталирани на южната, източната и западната стена, както и малки вятърни турбини на покрива и литиево-йонни батерии.

В предложената конфигурация системата, базирана на гравитацията, служи като основно устройство за съхранение на енергия, докато батериите се използват само за бързо съхранение по време на часове на значителен производствен излишък или недостиг.

Системата използва енергията, генерирана от фотоволтаичните фасади и вятърните турбини, за да повдигне тежка маса в шахта по време на фазата на зареждане. Тази съхранена потенциална енергия след това се освобождава, за да завърти електрически генератор по време на разреждане, съобщава PV Magazine.

Концептуална диаграма на хибридната система за възобновяема енергия, внедрена в градска сграда. Кредит: Hassan, Araji; Applied Science, 2025; https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2025.126879

Системата се състои от мотор-генератор, подемни въжета

Изследователите посочват, че системата се състои от мотор-генератор, повдигащи въжета, трансмисионни механизми и тежка маса, обикновено изработена от стоманени или бетонни блокове. Тази маса се повдига и спуска често във вертикалната шахта ​​на асансьора или контейнерна кула.

​​Когато има излишък от електроенергия, двигателят повдига масата нагоре, съхранявайки излишната енергия като гравитационен потенциал. Когато е необходима енергия (т.е. недостиг в производството/доставката), масата се спуска и генераторът преобразува съхранената енергия обратно в електричество. Според изследователите тази конструкция е технически осъществима и наскоро е доказана и на пазара.

Публикувано в Applied Science, проучването подчертава, че системата е постигнала стойности на изравнена цена на електроенергията (LCOE) между 0,051 и 0,111 USD/kWh и стойности на GD между 0.195 и 0.888, в зависимост от конструкцията на сградата. Тези стойности са съвместими или дори по-добри от тези, докладвани за подобни интегрирани в сгради системи за възобновяема енергия в литературата за подобни места с ниски ресурси.

Работа на системата за съхранение на енергия под действието на чиста гравитация в режим на зареждане и разреждане. Кредит: Hassan, Araji; Applied Science, 2025; https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2025.126879

По-високите сгради с големи площи биха могли да бъдат ключови

Изследователите също така посочват, че по-високите сгради с големи площи са склонни да постигат по-ниски стойности на LCOE, но по-високи стойности на зависимостта от мрежата (GD). Техният капацитет на GS постоянно се увеличава с увеличаването на EUI.

Те също така разкриват, че GS е установено като най-влиятелния компонент върху автономността на системата, като специфичният му капацитет варира от близо 0% до 100% от средното дневно търсене в различните сгради. GD показва силна отрицателна корелация с капацитета на GS.

Работата на изследователите подчертава обещаващия потенциал на GS за подобряване на устойчивостта и устойчивостта на ниво сграда, особено във високи сгради с умерен до нисък EUI (енергиен коефициент на потребление на енергия).

Екипът подчертава, че бъдещи проучвания биха могли да разширят тази изследователска насока, като включат несигурността в данните за търсенето и времето, отчитат топлинните натоварвания и системите за комбинирано производство на енергия, разглеждат споделени системи за генериране на енергия в множество сгради или разработват адаптивни и прогнозни методи за управление.

Справка: Building geometry-aware lifecycle optimization of hybrid renewable energy systems with solid gravity storage, Muhammed A. Hassan, Mohamad T. Araji; Applied Science, 2025; https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2025.126879

Източник: Gravity battery could power tall buildings using elevator-style energy storage system, Interesting Engineering

Още по темата

07/08/2025

Физика

Схема за безжичен пренос на енергия с помощта на изкуствен интелект (видео)

24/04/2025

Технологии

Дрон с клетка на Фарадей задейства и насочва мълнии. Ще може ли да се използва енергията им?

28/03/2025

Технологии

Радиовъглеродни ядрени батерии: бъдещето на безкрайната енергия?

10/06/2024

Земята

Възобновяема енергия у дома и към мрежата: какво трябва да знаем?