Αποθήκευση ενέργειας σε ανελκυστήρες και στην άμμο
Καθώς το θέμα της αποθήκευσης ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές αποκτάει όλο και μεγαλύτερη σημασία, δοκιμάζονται διάφορα καινοτόμα σχήματα. Εκτός από αποθήκευση ενέργειας σε αντλιοταμιευτήρες, μπαταρίες, ηλεκτρικά οχήματα, ερευνητές και επιχειρήσεις αναζητούν καινοτόμες μεθόδους αποθήκευσης σε τοπικό επίπεδο, όπως αποθήκευση ενέργειας σε άμμο για τηλεθέρμανση ή σε ανελκυστήρες ψηλών κτηρίων…
Μια εταιρεία στη Φινλανδία δημιούργησε μια μπαταρία που χρησιμοποιεί άμμο για την αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας με τη μορφή θερμότητας. Η Polar Night Energy και η Vatajankoski, μια εταιρεία παροχής ενέργειας στη Δυτική Φινλανδία, έχουν κατασκευάσει ένα σύστημα αποθήκευσης που μπορεί να αποθηκεύει ηλεκτρική ενέργεια ως θερμότητα στην άμμο. Ενώ υπάρχουν άλλοι οργανισμοί που ερευνούν τη χρήση της άμμου για αποθήκευση ενέργειας, συμπεριλαμβανομένου του Εθνικού Εργαστηρίου Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας των ΗΠΑ, οι Φινλανδοί λένε ότι η δική τους είναι η πρώτη πλήρως λειτουργική εμπορική εγκατάσταση μπαταρίας κατασκευασμένης από άμμο. Η τεχνολογία της Polar αποθηκεύει ενέργεια από ανεμογεννήτριες και ηλιακούς συλλέκτες, που δεν χρησιμοποιείται αμέσως, ως θερμότητα, η οποία στη συνέχεια χρησιμοποιείται για το δίκτυο τηλεθέρμανσης που εξυπηρετεί η Vatajankoski.
Η άμμος είναι φθηνή και είναι πολύ αποτελεσματική στην αποθήκευση θερμότητας στους περίπου 500 έως 600 βαθμούς Κελσίου. Η Polar λέει ότι η τεχνολογία της μπορεί να κρατήσει την άμμο «πιο ζεστή από τις σόμπες στις τυπικές σάουνες» για μήνες μέχρι να έρθει η ώρα να χρησιμοποιηθεί αυτή τη ζέστη κατά τους μεγάλους χειμώνες της Φινλανδίας.
H Vatajankoski χρησιμοποιεί τη θερμότητα που παρέχεται από την αποθήκευση για να εκκινήσει την απορριπτόμενη θερμότητα που ανακτάται από τους διακομιστές δεδομένων τους, οι οποίοι προορίζονται για υπολογιστές υψηλής απόδοσης. Ανάλογα με την εποχή, η θερμοκρασία της απορριπτόμενης θερμότητας 60 βαθμών από τους διακομιστές πρέπει να αυξηθεί στους 75–100 βαθμούς πριν τροφοδοτηθεί στο δίκτυο τηλεθέρμανσης.
Το Διεθνές Ινστιτούτο για την Ανάλυση Εφαρμοσμένων Συστημάτων (IIASA) έχει σχεδιάσει ένα σύστημα αποθήκευσης ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές βασισμένο στη βαρύτητα που θα μπορούσε να χρησιμοποιεί ανελκυστήρες σε πολυώροφα κτίρια για την παραγωγή και αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας. Το σύστημα ονομάζεται Lift Energy Storage Technology (LEST) και βασίζεται σε ανελκυστήρες που είναι ήδη εγκατεστημένοι σε υπάρχοντα κτίρια – υπολογίζεται ότι υπάρχουν περισσότερα από 18 εκατομμύρια ανελκυστήρες σε λειτουργία σε όλο τον κόσμο και πολλοί από αυτούς μένουν αδρανείς για σημαντικό χρονικό διάστημα. Όταν δεν χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά ανθρώπων, αυτόνομες συσκευές φορτώνουν/εκφορτώνουν δοχεία υγρής άμμου ή άλλα υλικά υψηλής πυκνότητας σε ανελκυστήρες και τα μεταφέρουν μεταξύ του κάτω και των επάνω ορόφων. Τα Regenerative braking systems (συστήματα πέδησης) στους ανελκυστήρες, τα οποία είναι πιο αποτελεσματικά όταν μεταφέρουν βαρύ φορτίο, θα παράγουν ηλεκτρική ενέργεια που θα μπορούσε να αποθηκευτεί επιτόπου και να χρησιμοποιηθεί ανάλογα με τις ανάγκες, εφόσον επιλυθούν κάποια τεχνικά ζητήματα.
—————————————————————————————————————————————————————————-
Storage of renewable energy in sand or lifts
The First Commercial Sand-based Thermal Energy Storage in the World Is in Operation. A company in Finland uses sand instead of lithium ion or other battery technologies technology stores energy from wind turbines and solar panels as heat, which is then used for the district heating network. Polar Night Energy and Vatajankoski, an energy utility in Western Finland, have built a storage system that can store electricity as heat in the sand. There are other organizations researching the use of sand for energy storage, eg the US National Renewable Energy Laboratory, but the Finns say it is the first fully working commercial installation of a battery made from sand. The heat storage, which has a hundred tons of sand inside, is producing low emission district heating to the city of Kankaanpää in Western Finland.
“The construction of the storage went well, especially considering that the solution is completely new. We managed to get everything in order despite some challenges and a short delay. Now the sand is already hot“, says Polar Night Energy’s Co-Founder and CTO Markku Ylönen and continues: We have already learnt that our system has even more potential than we initially calculated. It’s been a positive surprise.
The actual heat storage is about 4 meters wide and 7 meters high steel container that has an automated heat storage system and a hundred tons of sand inside. As a material, sand is durable and inexpensive and can store a lot of heat in a small volume at a temperature of about 500–600 degrees Celsius. The heat storage has 100 kW of heating power and 8 MWh of energy capacity.
“This innovation is a part of the smart and green energy transition. Heat storages can significantly help to increase intermittent renewables in the electrical grid. At the same time we can prime the waste heat to usable level to heat a city. This is a logical step towards combustion-free heat production“, says Ylönen.
Vatajankoski uses the heat provided by the storage to prime the waste heat recovered from their data servers which are intended for high-performance computing. Depending on the season, the temperature of the 60-degree waste heat from the servers must be raised to 75–100 degrees before it is fed into the district heating network.
Lift Energy Storage Technology
The world is undergoing a rapid energy transformation dominated by growing capacities of renewable energy sources, such as wind and solar power. The intrinsic variable nature of such renewable energy sources calls for affordable energy storage solutions.
The International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA), Austria Federal University of Espírito Santo, Brazil Wrocław University of Science and Technology, Poland Wrocław University of Environmental and Life Sciences, Poland Federal University of Alfenas, Brazil Federal University of Rio de Janeiro, Brazil Hamburg University of Applied Sciences, Germany propose using lifts and empty apartments in tall buildings to store energy. Lift Energy Storage Technology (LEST) is a gravitational-based storage solution. Energy is stored by lifting wet sand containers or other high-density materials, transported remotely in and out of the lift with autonomous trailer devices. The system requires empty spaces on the top and bottom of the building.
An existing lift can be used to transport the containers from the lower apartments to the upper apartments to store energy and from the upper apartments to the lower apartments to generate electricity. The installed storage capacity cost is estimated at 21 to 128 USD/kWh, depending on the height of the building. LEST is particularly interesting for providing decentralized ancillary and energy storage services with daily to weekly energy storage cycles.
The global potential for the technology is focused on large cities with high-rise buildings and is estimated to be around 30 to 300 GWh.
The energy consumption in elevators is usually 2–10% of the building’s total energy consumption. During peak hours, elevators may constitute up to 40% of the building’s electricity demand.
The estimated daily energy consumption of elevators in New York City is 1945 MWh on weekdays, with a peak demand of 138.8 MW, and 1575 MWh during a weekend, with a peak demand of 106.0 MW.
Lifts are composed of several components. To achieve high and smooth acceleration offering high-quality transport services and maintaining a high overall energy efficiency, the motors are being built gearless and with regenerative brakes, which generate clean and safe electricity during descents. The high-efficiency permanent-magnet synchronous gear-motor (PMSGM) has been developed for smart elevators. The efficiency of the traditional gear reducers varies between 66% and 76%, which is low. The performance and parameters of the PMSGM motor/generator have efficiencies near 92%. The gain in efficiency with regenerative braking happens particularly when the elevators travel with the cars fully loaded.
Electrical energy storage (EES) alternatives for storing energy in a building are typically batteries and pumped-hydro storage (PHS). Batteries benefit from an ever-decreasing capital cost. They will probably offer an affordable solution to store energy for intraday and daily energy variations or provide ancillary services to the grid. However, the use of batteries to store energy in a weekly cycle might never become economically viable due to the high cost of stored energy ($/MWh) and in some cases, a high rate of losses and/or self-discharge during the day. Moreover, the large-scale deployment of batteries in mobility applications and power systems raises questions related to the resource availability and sustainability of such heavy use of materials for batteries.
Pumped hydropower storage (PHS) can store large amounts of energy for weekly, monthly or seasonal cycles in potential energy stored as the mass of water in high elevations. PHS plants are the only economically feasible option for relatively large installed storage capacities, i.e., greater than 50 or 100 MW. This is because the cost of tunnels, pipelines, turbines, and generators per generation capacity will benefit from the economy of scale. For example, if the diameter of the tunnel doubles, it doubles the cost of the tunnel; however, it also quadruples the amount of water that passes through the tunnel and, therefore, also the plant’s capacity. Thus for PHS projects, the greater the installed capacity, the cheaper the project’s installed capacity ($/MW).
More here
Αφήστε μια απάντηση