研究人員提出電梯儲能係統;將摩天大樓變成重力電池
考慮到可再生能源是間歇性的,因此能源儲存和釋放在未來幾十年內將是至關重要的。對此,IIASA的研究人員提出了一個迷人的解決方案–建議將摩天大樓變成巨大的重力電池,從而用於非常便宜的可再生能源儲存。
這個概念非常簡單:多餘的可再生能源可以作為勢能儲存起來,通過使用它將重物提升到一個更高的地方。然後,該能量可以通過利用重力驅動某種發電機來釋放。來自奧地利維也納國際應用系統分析研究所(IIASA)的研究人員觀察了摩天大樓的高度和位置並發現有大量預建的能源儲存等待釋放。
電梯儲能係統(LEST)將利用高層建築中現有的電梯系統。其中許多電梯已經設計有再生製動系統,它們可以在電梯下降時收集能量,因此它們可以有效地被視為預先安裝的發電裝置。LEST還將利用整個建築物的空閒空間,最好是靠近頂部和底部的空間。因此,跟在其他地方建立一個專門的重力電池系統相比,在建築物中加裝這種能力是非常便宜的。
基本上,當多餘的可再生能源可用時,LEST將利用任何電梯停機時間將重物–如大容器的濕沙–從建築物底部移到頂部,而當該能源可以使用或賣回給電網時從頂部移到底部。
IIASA團隊建議建造一系列自主的拖車機器人來負責撿拾重物,英文在謹慎的情況下將它們拖入和拖出電梯。它們可以存放在走廊上或存放在空的公寓或辦公室里或可能存放在專用的偏僻空間,如果建築物的規劃考慮到這個系統的話–可以想像,靠近建築物頂部或底部的空閒半層樓可以完成這項工作。
砝碼則不需要笨重到阻止人們進入電梯,而且如果乘客進入電梯並將其推到超過其重量的位置,機器人可以通過編程跳出來。算法可以確定將重物移到高處的最合適時間以及何時收穫儲存的能量,而不會將電梯系統變成租戶等待的惡夢。
在發表在《能源》上的一項研究中,研究人員表示,當電梯滿載並設定為以最佳速度下降以產生能量時,最先進的永磁同步齒輪馬達智能電梯可以以接近92%的效率運行。如果迅速需要大量的能源,電梯可以被設置成更快的下降速度,但要犧牲一些效率–當跟無電纜、威利-旺卡式的磁力電梯系統相配時,這個系統可以變得更加高效。
有很多其他電網級儲能技術正在開發中,但LEST有一些獨特的功能使其可以在桌子上佔有一席之地。首先,它就部署在它所服務的城市中間,使用人類已知的最高的現有基礎設施的現成屬性–這極大地減少了資本支出,因為你只需把一些機器人和重物搬進大廳擺弄一下電梯程序就可以了。
它不能像大型電池項目那樣快速或可靠地應對需求高峰–但另一方面,它可能是解決大型電池系統帶來的一些弱點的絕佳方式。一個LEST可以在夏天儲存一噸的能量,然後在冬天逐漸釋放其儲備。未來的挑戰在於每個建築的基礎上則是相當明確的。
如果該團隊的預測成立,那麼這是一個非常便宜的選擇。LEST的裝機容量儲能成本估計在每千瓦時21-128美元之間,主要取決於有關建築物的高度。作為比較,國家可再生能源實驗室估計,2020年四小時電池系統的裝機容量成本為每千瓦時345美元,它預測即使在最樂觀的假設下,這個數字在2040年代末之前也不會降到每千瓦時100美元以下。這是資本支出而非運營費用,並且它還提出了一個強有力的論點,即這種技術應該被更仔細地研究。
IIASA團隊估計,世界上目前的高層建築可以轉化為30至300千兆瓦時的能源儲存,其上限將足以讓整個紐約市在目前的消費率下運行一個月左右。