Betonul este unul dintre materialele care au susținut dezvoltarea civilizației moderne. De sute de ani este folosit la construcția podurilor, clădirilor, barajelor, autostrăzilor, porturilor și centralelor electrice. Până acum, rolul său a fost în primul rând unul structural, potrivit concreteproducts.com.
O nouă tehnologie ar putea schimba însă această perspectivă. Betonul nu ar mai fi doar materialul care susține infrastructura energetică, ci ar putea deveni chiar o componentă a sistemului prin care este stocată și furnizată energia.
În Rudong, China, compania Energy Vault, specializată în soluții de stocare a energiei, a pus în funcțiune unul dintre primele sisteme comerciale de stocare a energiei bazate pe blocuri de beton.
Spre deosebire de bateriile litiu-ion, care stochează energia prin procese electrochimice, instalația din China folosește mecanica și gravitația.
Sistemul funcționează ca o baterie uriașă bazată pe gravitație. Atunci când parcurile eoliene și solare din zonă produc mai multă electricitate decât consumă rețeaua, surplusul de curent alimentează motoare electrice care ridică sute de blocuri gigantice de beton în partea de sus a structurii. Când consumul populației crește, blocurile sunt lăsate să coboare sub propria greutate. În timpul coborârii, ele pun în mișcare generatoare care transformă energia mecanică înapoi în electricitate pentru rețea.
Instalația are o putere de 25 MW și o capacitate de stocare de 100 MWh. Potrivit datelor disponibile, eficiența unui ciclu complet de încărcare și descărcare depășește 80%. Sistemul este proiectat să funcționeze aproximativ 35 de ani, cu o degradare minimă a capacității de stocare.
Cât costă o astfel de instalație
Costul exact al proiectului de la Rudong nu a fost verificat independent, însă estimările îl plasează în jurul valorii de 90 de milioane de dolari.
Prin comparație, un sistem bazat pe baterii litiu-fier-fosfat ar costa aproximativ 30-35 de milioane de dolari.
La prima vedere, bateriile par să aibă un avantaj important. Ele necesită însă sisteme de răcire, iar capacitatea de stocare scade în timp. În cazul unei perioade de funcționare de 35 de ani, bateriile ar putea necesita cel puțin o înlocuire, estimată la aproximativ 20 de milioane de dolari, fără a lua în calcul inflația.
Blocurile de beton nu se degradează în același mod, iar mecanismul bazat pe gravitație nu își pierde capacitatea de a funcționa odată cu trecerea timpului.
Cantitatea exactă de beton folosită la Rudong nu a fost făcută publică oficial. Estimările indică însă un volum cuprins între 35.000 și 70.000 de metri cubi.
Dincolo de cantitatea impresionantă de material, proiectul ridică o întrebare importantă pentru industria construcțiilor: poate betonul să treacă de la rolul de material care susține infrastructura la cel de componentă activă a sistemului energetic?
Miza reală este economia
Pentru energia regenerabilă, una dintre marile probleme apare atunci când centralele solare și parcurile eoliene produc multă electricitate într-un moment în care cererea este scăzută.
În astfel de perioade, prețul energiei pe piețele angro poate scădea foarte mult și poate ajunge chiar negativ, atunci când producția depășește consumul.
Operatorii rețelelor sunt astfel nevoiți să reducă producția unor instalații regenerabile. Cu alte cuvinte, energia curată care ar putea fi folosită este pierdută pentru că nu există întotdeauna o soluție de stocare suficient de eficientă și de rentabilă.
Aici intervine sistemul de la Rudong.
Energia poate fi stocată atunci când există un surplus și apoi furnizată rețelei în perioadele în care cererea și prețurile cresc. Este ceea ce industria numește „energy arbitrage”, adică valorificarea diferenței dintre prețul energiei în momentul stocării și cel din momentul în care aceasta este livrată.
Pe piețele angro, prețurile sunt influențate în principal de raportul dintre cerere și ofertă. Când oferta este mare, prețurile scad, iar când energia devine mai puțin disponibilă, prețurile cresc.
Diferența poate ajunge la aproximativ 100 de dolari pentru fiecare MWh.
Dacă instalația ar realiza un ciclu complet de încărcare și descărcare în fiecare zi, ceea ce reprezintă o ipoteză optimistă, un sistem de stocare gravitațională de 100 MWh ar putea furniza aproximativ 1,28 TWh de electricitate pe parcursul celor 35 de ani de funcționare pentru care a fost proiectat.
La o diferență de preț de 100 de dolari/MWh, valoarea brută obținută prin cumpărarea energiei ieftine și vânzarea ei în perioadele cu prețuri mai mari s-ar apropia de 128 de milioane de dolari.
Chiar dacă această valoare este redusă la jumătate pentru a ține cont de pierderile și ineficiențele din lumea reală, calculul sugerează că sistemul ar putea deveni competitiv pe termen lung.
De ce este important pentru industria betonului
Tehnologia ar putea schimba și modul în care este evaluată valoarea betonului folosit în astfel de proiecte.
Pe baza estimărilor disponibile, fiecare yard cub de beton instalat ar permite furnizarea, pe durata de viață a instalației, a între 14 și 28 MWh de energie electrică, cu o valoare medie de aproximativ 19 MWh pentru fiecare yard cub.
Autorul analizei propune chiar un nou indicator, denumit „Concrete Energy Productivity” (CEP), care ar măsura cantitatea de energie electrică ce poate fi furnizată pe parcursul vieții unei instalații pentru fiecare yard cub de beton utilizat.
Este, deocamdată, o idee speculativă. Dar conceptul arată cum s-ar putea schimba modul în care este evaluată infrastructura.
În viitor, alături de rezistență, durabilitate, permeabilitate, contracție, durata de viață și cost, ar putea conta și cantitatea de energie pe care o structură o poate face disponibilă.
Astfel, infrastructura ar putea fi evaluată nu doar prin ceea ce susține, ci și prin ceea ce face posibil.
Gravitația, folosită pentru stocarea energiei
Gravitația stochează energie dintotdeauna. Diferența este că acum inginerii combină acest principiu cu automatizarea, electronica de putere și structuri din beton pentru a transforma energia regenerabilă care altfel ar fi pierdută în electricitate disponibilă atunci când este nevoie.
Sistemele de stocare gravitațională nu vor înlocui, cel mai probabil, bateriile litiu-ion în toate situațiile. Așa cum betonul gata preparat nu a înlocuit oțelul structural, nici această tehnologie nu este destinată să elimine complet celelalte soluții de stocare.
Ea ar putea avea însă un avantaj în zonele în care există multă energie solară sau eoliană, capacitatea rețelei de transport este limitată, prețurile energiei fluctuează puternic, iar producătorii sunt obligați în mod repetat să reducă producția.
Astfel de situații apar în numeroase regiuni ale lumii care investesc masiv în energie regenerabilă.
Timp de mai bine de un secol, industria betonului s-a concentrat pe reducerea costurilor și îmbunătățirea performanței structurilor. Următoarea etapă ar putea aduce o întrebare diferită: cât de mult poate contribui o structură, pe întreaga sa durată de viață, la funcționarea societății?
În acest scenariu, betonul nu ar mai fi privit doar ca fundație a tranziției energetice, ci ca una dintre tehnologiile care o fac posibilă.