Wieżowce jako naturalne magazyny energii

Czy drapacze chmur mogą stać się ogromnymi bateriami? Naukowcy z Uniwersytetu Waterloo w Kanadzie przekonują, iż tak. Opracowali pionierski system magazynowania energii, który pozwala wykorzystać siłę grawitacji do gromadzenia i oddawania prądu – przekształcając wysokie budynki w nowoczesne, samowystarczalne centra energetyczne.

System opracowany przez zespół z Waterloo łączy kilka nowoczesnych rozwiązań. Na elewacjach wieżowców montowane są panele fotowoltaiczne, a na dachach – niewielkie turbiny wiatrowe. Energia z tych źródeł jest wykorzystywana do podnoszenia ciężkiego bloku (z betonu lub stali) wewnątrz pionowego szybu. Gdy w sieci brakuje prądu, blok zostaje opuszczony w dół, a wytworzona w ten sposób energia mechaniczna napędza generator produkujący elektryczność. Rozwiązanie to pozwala przechowywać nadwyżki energii bez konieczności korzystania z kosztownych i mało ekologicznych baterii chemicznych. Dodatkowo system jest wspierany przez akumulatory litowo-jonowe, które mogą błyskawicznie reagować na zmiany zapotrzebowania w budynku.

Pomysł wykorzystania grawitacji jako sposobu na magazynowanie energii nie jest całkiem nowy, ale dopiero teraz udało się go dostosować do realiów miejskich. Do tej pory podobne koncepcje stosowano głównie w dużych elektrowniach wodnych, gdzie woda przepompowywana jest na wyższy poziom, by potem – spływając w dół – napędzać turbiny. W miejskiej wersji „zbiornikiem” staje się pionowy szyb w wieżowcu, a „wodą” – ciężki blok.

Zaletą tego systemu jest możliwość zastosowania go w już istniejących budynkach, zwłaszcza w tych o dużej wysokości i znacznej powierzchni użytkowej. Według analiz naukowców, koszt energii wytwarzanej i magazynowanej w ten sposób (tzw. LCOE) może być porównywalny, a choćby niższy niż w przypadku innych technologii odnawialnych.

Nowa technologia nie tylko pozwala obniżyć zużycie energii z sieci, ale także zwiększa odporność miast na przerwy w dostawach prądu. Dzięki wieloaspektowej optymalizacji systemu – uwzględniającej setki parametrów, od kształtu budynku po intensywność zużycia energii – możliwe jest osiągnięcie wysokiej efektywności przy minimalnych kosztach.

Badacze z Waterloo wskazują, iż największy potencjał tkwi w wieżowcach o umiarkowanym zapotrzebowaniu na energię. W takich obiektach system grawitacyjny może zapewnić częściową lub choćby pełną niezależność energetyczną. Co więcej, jego zastosowanie sprzyja ograniczaniu emisji dwutlenku węgla i poprawia bilans ekologiczny całych dzielnic.

Choć prototyp systemu działa obiecująco, naukowcy podkreślają konieczność dalszych badań. Chcą przetestować jego skuteczność w różnych strefach klimatycznych i przeanalizować pełny cykl życia technologii – od produkcji po recykling. W planach jest też integracja wielu budynków w jedną sieć magazynów energii oraz wprowadzenie zaawansowanego sterowania predykcyjnego, które automatycznie dostosowywałoby pracę systemu do warunków pogodowych i zapotrzebowania mieszkańców.

W przyszłości podobne rozwiązania mogłyby znaleźć zastosowanie w nowoczesnych dzielnicach miast, centrach biurowych czy kompleksach mieszkaniowych. Wobec rosnących kosztów energii i potrzeby redukcji emisji CO₂, grawitacyjne magazyny energii mogą okazać się jednym z najciekawszych elementów „zielonej rewolucji” w urbanistyce. Wieżowce stałyby się nie tylko wyrazem inwestycyjnego rozmachu, ale również aktywnymi uczestnikami zielonej transformacji energetycznej.