Następnym najwyższym budynkiem świata może być gigantyczna bateria o wysokości 900 metrów

Zdjęcie: Energy Vault

Jednym z największych wyzwań dla sieci energetycznej opartej na czystej energii jest cykliczność niektórych źródeł odnawialnych. Czasami, gdy potrzebna jest energia słoneczna, mogą nadejść chmury, a wiatr przestaje wiać, co uniemożliwia turbinom generowanie energii elektrycznej. Z kolei, zdarza się, że panele fotowoltaiczne lub turbiny wiatrowe produkują więcej energii, niż jest to potrzebne.

Magazynowanie energii jest kluczowe dla zrównoważenia produkcji i zużycia energii. Konieczne może być połączenie różnych technologii – od różnych typów baterii po alternatywne metody magazynowania, aby zwiększyć ich pojemność.

Jednym z rozwiązań mogą być wieżowce-baterie. Pod koniec maju firma architektoniczna i inżynieryjna Skidmore, Owings & Merrill (SOM), znana z projektowania niektórych z najwyższych budynków na świecie, ogłosiła współpracę z firmą Energy Vault, specjalizującą się w magazynowaniu energii, w celu opracowania nowych rozwiązań do magazynowania energii za pomocą grawitacji. 

W tym projekt wieżowca wykorzystujący silnik zasilany energią elektryczną z sieci do podnoszenia ogromnych bloków, gdy zapotrzebowanie na energię jest niskie. Te bloki magazynują energię elektryczną jako „energię potencjalną”, a kiedy będzie potrzebna, zostaną opuszczone, uwalniając zgromadzoną energię, która zostanie przekształcona w energię elektryczną. 

SOM ma ogromne doświadczenie w projektowaniu wieżowców, mając na swoim koncie projekty takie jak One World Trade Center w Nowym Jorku, Willis Tower w Chicago (dawniej Sears Tower) oraz najwyższy budynek świata – Burj Khalifa w Dubaju, mierzącym ponad 828 metrów.

„To okazja, by wykorzystać naszą wiedzę… i zastosować ją do magazynowania energii, co pozwoli nam uniezależnić się od paliw kopalnych”, powiedział Bill Baker, doradca w SOM i inżynier budowlany Burj Khalifa, w rozmowie z CNN. 

Osiągnięcie zerowej emisji wymaga magazynowania energii na poziomie sieciowym

Według Międzynarodowej Agencji Energetycznej, aby osiągnąć ten cel do 2050 roku, konieczne będzie znaczące zwiększenie pojemności magazynowej energii w sieciach energetycznych oraz rozwój technologii umożliwiających jej przechowywanie i uwalnianie w razie potrzeby.

Baterie litowo-jonowe, powszechnie stosowane w samochodach elektrycznych, nie rozwiązują tego problemu, ponieważ nie potrafią magazynować energii przez dłuższy czas. Choć mogą wystarczyć do przenoszenia energii wyprodukowanej w najjaśniejsze godziny na wieczór, gdy zapotrzebowanie wzrasta, potrzebne są rozwiązania umożliwiające długoterminowe magazynowanie.

Elektrownie szczytowo-przepompowe, obecnie najczęściej stosowane do magazynowania energii odnawialnej, są w stanie to zrealizować. Proces ten polega na tym, że turbina pompuje wodę ze zbiornika położonego niżej do zbiornika wyżej  poza godzinami szczytu. Gdy energia jest potrzebna, woda spływa w dół, przepływając przez turbinę i generując energię. Jednak budowa elektrowni wodnej zajmuje wiele miejsca i wymaga pagórkowatego terenu. 

Ściany wieżowca zaprojektowanego przez SOM i Energy Vault mogą mieć wysokość od 300 do 1000 metrów i zawierać struktury przypominające szyby windowe, które będą wykorzystywane do przesuwania bloków, pozostawiając miejsce dla mieszkańców i najemców komercyjnych. (Firmy rozważają również wbudowanie elektrowni szczytowo-przepompowych w wieżowcach, wykorzystując wodę zamiast bloków). 

Robert Piconi, prezes Energy Vault, w rozmowie z CNN stwierdził, że docelowo będzie można magazynować ilość energii wystarczającą do zasilenia kilku budynków. 

Dwóch ekspertów ds. magazynowania energii, z którymi skontaktowano się w CNN, wyraziło wątpliwości co do opłacalności wieżowców-baterii, biorąc pod uwagę przestrzeń, którą musiałyby zająć oraz niezbędne zmiany strukturalne do podtrzymywania dodatkowej wagi. Mimo to Energy Vault i SOM są przekonane, że ich rozwiązanie jest ekonomicznie uzasadnione. 

Energy Vault zrealizowało już projekt w Chinach, który według firmy jest pierwszym na świecie systemem magazynowania energii grawitacyjnej, poza elektrowniami szczytowo-pompowymi, generującym zysk. Budynek o wysokości 150 metrów, zaprojektowany wyłącznie do magazynowania energii, posiada pojemność wynoszącą 100 megawatogodzin. Nie jest przeznaczony do zamieszkania, ponieważ służy wyłącznie do magazynowania energii.

Im wyższy, tym lepszy? 

Wykorzystanie energii odnawialnej w wieżowcach mogłoby znacząco zmniejszyć ślad węglowy tych budynków. Obecnie sektor budowlany odpowiada za niemal 40% globalnych emisji gazów cieplarnianych. Aby to ograniczyć, stosuje się coraz lepsze izolacje oraz materiały o mniejszym śladzie węglowym, takie jak drewno.

Niektóre budynki dosłownie stały się lasami. W Mediolanie włoski architekt Stefano Boeri zaprojektował wieże pokryte drzewami i krzewami, a także zaprezentował podobny projekt w Dubaju. „Jeśli trendem jest budowa wieżowców, musimy to wykorzystać”, powiedział Robert Piconi, prezes Energy Vault. 

Jednak trendem jest to, że budynki stają się coraz wyższe i lepsze, co jest przynajmniej częściowo odpowiedzią na rosnący popyt związany z szybką urbanizacją. Urbanizacja przyciąga ludzi do miast, gdzie ograniczona przestrzeń sprawia, że najlepszym rozwiązaniem jest budowanie w górę. W latach 1900-1999 na całym świecie powstało 235 budynków wyższych niż 200 metrów, natomiast w zeszłym roku wzniesiono 179 takich konstrukcji. 

Jeśli chodzi o struktury magazynujące energię grawitacyjną, im wyższe, tym lepsze. Ogromna konstrukcja tego typu mogłaby zredukować swój ślad węglowy, wynikający z budowy i użytych materiałów, w ciągu dwóch do czterech lat. 

Obecnie SOM i Energy Vault poszukują partnerów do realizacji swoich ambitnych planów. Piconi wierzy, że autorytet SOM w budowie wieżowców pomoże w sprostaniu wyzwaniu związanym z budową tak nowatorskiej konstrukcji.