重力にエネルギーを蓄えさせましょう

Jun 25, 2023

カリフォルニア州サンタバーバラに本拠を置く新興企業である Gravity Power LLC は、ピーク時および中間負荷の発電において、従来の揚水式水力タービンやガス タービンと競合する、低コスト、クイックスタート、高速動的応答のエネルギー貯蔵技術を開発しました。 システムはシンプルですが、その可能性は奥深いです。

現在設置されている発電設備の多くは、再生可能エネルギー（主に風力と太陽光）、または歴史的な低価格の天然ガスを利用したガス火力複合サイクル用です。 しかし、これらのガス火力発電所の多くは、追加の目的を持って建設されました。それは、風が吹かなくなったり、太陽が輝いていないときに、再生可能発電に代わる即応性の高い電力源として機能することです。 風力や太陽光を「追いかける」ためのより良い技術の選択肢は、大容量の電力貯蔵です。

再生可能エネルギーによってもたらされるシステム計画と送電網運用の複雑さについては、以前の記事 (「エネルギー貯蔵によりジャストインタイム発電が可能になる」、2011 年 4 月、powermag.com で入手可能) で徹底的に議論されました。 その記事の重要なテーマは、再生可能電力がその可能性を最大限に発揮できるようになる前に、実用規模のエネルギー貯蔵が商業化されなければならないということでした。

今日、大規模なエネルギー貯蔵プロジェクトのほとんどは、数万個の小型バッテリーを詰めた輸送用コンテナに過ぎないようです。 エネルギー貯蔵の価値は、主にオフピーク時間帯に生産された大量の風力発電を、エネルギーの価値が大幅に大きくなるオンピーク時間帯に「移動」できる実用規模のシステムによって真に実現されます。 この値は、雲が頭上を通過するときに激しくサイクルする太陽光発電システムにとっても同様に重要です。

開発の初期段階にあるいくつかの大規模エネルギー貯蔵技術については、以前の記事で説明しました。 Gravity Power LLC は、主にそのテクノロジーが KISS の原則 (Google it) を完全に取り入れており、近いうちに導入可能になるはずであるため、他の企業よりも傑出した企業として認識されました。 実際、米国エネルギー省はこの技術に注目しましたが、研究開発が必要なかったため、開発作業に資金を提供することができませんでした。

この記事を読むだけで、技術者でなくても、システムがどのように機能するかを直感的に理解し、そのシンプルさを理解できるでしょう。

Gravity Power の CEO、Tom Mason 氏によると、最終的な設計コンセプトが形になったのは 2008 年で、その直後、2009 年初めに Quercus Trust から最初の資金調達が行われ、その後、その他一連の小規模投資が行われました。 同社は現在、システムの最終設計とテストに資金を提供するシリーズBラウンドを調達している。 Gravity Power の技術をカバーする最初の特許は、2012 年 5 月に米国特許庁によって発行され、他の世界特許も申請中です。

Gravity Power Module (GPM) は単純なマシンです (図 1)。 このシステムの中心となるのは、従来の揚水発電 (PSH) システムで 70 年以上使用されてきたものとよく似た、可逆ポンプタービンとモーター発電機です。 地下 40 メートル (m) には、ポンプ水車が設置されている地下の「水回路」の上部があります。 この回路は、密閉された水で満たされた 2 つの垂直シャフトで構成されています。 1つ目は「パワーシャフト」と呼ばれる大径の縦穴シャフトです。 小さい方が「水圧鉄管」シャフトです。 パワーシャフト内には大きなピストンがあり、水によって油圧で上下に動かされるとエネルギーを蓄えたり戻したりします。 水は単なる作動油です。 水は回路内を両方向に流れます。水がシステム ループ内を流れてピストンを押し上げるか、水が下降するときにピストンによって反対方向に押されます。

従来の PSH システムと同様に、可逆駆動装置が水圧管からピストンの下の動力シャフトに水を汲み上げ、ピストンを持ち上げてピストンの位置エネルギーを蓄えるときに電力が消費されます。 蓄えられたエネルギーを放出するためにピストンが解放され、ピストンが下降するにつれて水がポンプを通して押し出され、ポンプが水車のように動作し、発電機として機能するモーターを使って電力を生成します。 ピストンが下降する速度によって瞬間的に発生するパワーが決まります。 パワーシャフトの深さと直径、およびピストンの質量によって、蓄えられるエネルギーの量が決まります。