Інженер-ентузіаст з каналу Quint BUILDs продемонстрував робочий прототип гравітаційної батареї, яка акумулює сонячну енергію у формі піднятої на дах води. Експеримент наочно показує принцип роботи промислових гідроакумулюючих електростанцій, які можуть стати рішенням проблеми зберігання відновлювальної енергії.
260 джоулів енергії у каністрі водиЩоб продемонструвати потужність потенційної енергії, автор спочатку скинув з даху порожню каністру, а потім наповнену водою. Різниця виявилася вражаючою — повна каністра майже повністю розбилася об бетон.
“Потенційна енергія дорівнює масі об’єкта помноженій на гравітацію та висоту. Порожня каністра майже нічого не важить, тоді як повна — майже 4 кілограми, тобто при ударі об землю вона вивільнила 260 джоулів енергії”, — пояснює блогер.
Замість однієї каністри автор вирішив використати 55-галонну бочку (близько 208 літрів), яка може вмістити понад 200 кілограмів води. Помножена на гравітацію та висоту дому (5 метрів), така система здатна зберігати понад 14 000 джоулів енергії.
Проблема перегріву насосаДля підйому води використовується 50-ватна сонячна панель,
яку автору подарувала теща кілька років тому, та водяний насос. Перші тести показали серйозну проблему — мотор насоса дуже швидко перегрівався.
“Ця штука стає настільки гарячою, що можна побачити, як мотор трясеться на насосі — пластикове кріплення ось-ось відірветься”, — розповідає інженер.
Рішення виявилося елегантним: створення водяного радіатора охолодження з алюмінієвої заготовки на власному ЧПУ-фрезері.
“Мої інстинкти підказують, що тепло від цього маленького мотора ніяк не вплине на температуру величезної бочки води”, — жартує автор, відмовившись від складних теплових розрахунків.
Автоматика з 3D-принтером та поплавковим вимикачемП’ять галонів води піднімаються на дах досить повільно, але це не проблема — система працює весь день від сонця. Для запобігання переповненню блогер розробив поплавковий вимикач, надрукований на 3D-принтері.
“3D-принтер ідеально підходить для цього — розміри не критичні, а оскільки він лише підтримує вимикач, не потрібна водонепроникність”, — зауважує автор.
Заповнення повної 55-галонної бочки зайняло 5,5 години. За цей час інженер виготовив гігантську лійку для збирання води та імпровізовану люстру з LED-світлодіодів і мідного дроту для освітлення тераси.
Різниця між енергією та потужністюПід час демонстрації автор пояснив важливу різницю між поняттями “енергія” та “потужність”. “Енергія — це 14 000 джоулів, які ми розрахували для бочки на даху завдяки її вазі та висоті. Але потужність — це швидкість, з якою ми її використовуємо”, — розповідає блогер, регулюючи яскравість світла краном.
При наполовину відкритому вентилі споживається близько піввата, при трьох чвертях — три чверті вата, а при повністю відкритому — повний ват потужності.
Порівняння з промисловими системамиАвтор порівняв свою установку з реальною гідроакумулюючою електростанцією, що будується в штаті Орегон. Верхній та нижній резервуари вміщатимуть по 3,1 мільярда літрів кожен (це 15 мільйонів таких бочок), а перепад висоти становитиме 500 метрів замість семи. “Це буквально в мільярд разів більше енергії, ніж у бочки на моєму даху”, — зазначає інженер.
Найбільшим сюрпризом для автора стало те, що для зберігання еквіваленту енергії однієї пальчикової батарейки AA потрібна ціла бочка води на даху. “Батарейки мають набагато вищу щільність енергії. Саме тому для ефективного зберігання енергії в масштабах електромереж потрібні цілі резервуари на пагорбах”, — пояснює блогер.
У США вже працює 42 такі станції, одна з яких функціонує з 1920-х років. Гора Ракун у Теннессі — одна з найбільших, використовується для зберігання надлишків гідроенергії з подальшим вивільненням у періоди пікового споживання. Ця технологія може стати ключем до вирішення проблеми зберігання відновлювальної енергії в масштабах цілих штатів.
Запис Американець створив гравітаційну батарею на даху з бочкою води та сонячною панеллю спершу з'явиться на ProstoMob.
