Водохранилища и поезда, бетонные поплавки и даже лифты-многотонники

Популярная механикаHi-Tech

Накопители энергии: очевидные и невероятные

Роман Фишман

Штангисты знают, что поднять вес мало – важно его удержать. Сколько бы мы ни произвели чистой – или любой другой – энергии, от нее будет мало толка, если мы не умеем ее хранить. Но что способно накапливать гигаватт- и тераватт-часы, а в нужный момент за секунды отдать их в сеть? Только что-нибудь по-настоящему серьезное. Водохранилища и поезда, бетонные поплавки и даже лифты-многотонники, разработанные в Новосибирске. О них мы и поговорим, вспомнив по пути школьную физику.

Профессор из Беркли Дэвид Каммен считает электросети самой сложной машиной, которую когда-либо создавало человечество: «Она самая большая, самая дорогая, включает больше всего компонентов и при этом элегантно проста. В ее основе лежит единственный принцип – приток энергии должен постоянно равняться оттоку». Система работает как ресторан быстрого питания: сколько заказано блюд, столько и приготовлено, лишнее приходится выбрасывать. Между тем потребление электроэнергии меняется постоянно и довольно ощутимо.

Взглянув на графики, легко заметить, что нагрузка на сеть следует суточным и недельным циклам и повышена во время зимних холодов. Работа солнечных электростанций с этими периодами согласуется плохо: излучение есть именно тогда, когда его энергия меньше всего нужна, – днем. А ярче всего солнце светит летом. Производство электроэнергии ветряными станциями тоже подчиняется погодным условиям. Реакторы АЭС нельзя подстраивать под нужды потребителей: они выдают постоянное количество энергии, так как должны функционировать в стабильном режиме. Регулировать подачу тока в сеть приходится, меняя объемы сжигаемого топлива на газовых и угольных ТЭС. Энергосеть постоянно балансирует между выработкой электростанций и нуждами потребителей.

Cравнение потребления и генерации электроэнергии различными источниками на примере декабря 2012 года (по данным BM Reports).

Если бы тепловые электростанции не приходилось регулировать и они могли работать всегда в оптимальном режиме, их ресурс был бы выше, а стоимость и потребление топлива – ниже. Но для этого сеть должна иметь запас энергии, который накапливался бы в периоды избыточного производства и отдавался на пиках потребления. Ну а если уж мы хотим вовсе отказаться от углеводородов и использовать только чистое электричество возобновляемых источников, то без средств для накопления энергии и стабилизации ее подачи в сеть никак не обойтись... Есть идеи?

Варианты очевидные

Электросети начали проектировать больше века назад с учетом технологий того времени, и сегодня даже в самых развитых странах они нуждаются в модернизации, в том числе во введении «амортизирующего» компонента, накопителей соответствующей мощности. Пока что такими проектами не могут похвастаться даже США: по данным за 2017 год, все имевшиеся в стране промышленные накопители имели мощность лишь около 24,2 ГВт, тогда как генерирующие мощности составили 1081 ГВт. Текущие возможности России в области накопления – чуть больше 2 ГВт, а всего мира – 175,8 ГВт.

Почасовое потребление в Великобритании в течение одного зимнего и одного летнего месяцев 2009 года. Максимум потребления пришелся на шесть часов январского утра (58,9 ГВт), минимум — на теплый субботний вечер в июле (22,3 ГВт), разница более чем вдвое.

Почти весь этот объем приходится на гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС). Самая большая в России Загорская ГАЭС имеет мощность 1,2 ГВт, а самая мощная в мире работает в Вирджинии. Станция Bath County мощностью 3 ГВт и высотой 380 м способна накачивать воду в верхний резервуар и спускать в нижний со скоростью около 50 тыс. т в минуту. Такие накопители превращают электричество в потенциальную энергию воды и вырабатывают его обратно с потерями лишь 30%. Однако их недостатки вполне очевидны: водохранилища требуют сложного рельефа, обширной и часто нужной площади и связаны с неизбежными потерями на испарение.

Сегодня больше 98% мировых мощностей накопителей приходится на ГАЭС, а из оставшегося количества около трети используется в химических аккумуляторах. Прежде всего, это обычные литий-ионные батареи: крошечные размеры ионов лития делают их отличными носителями заряда, позволяя добиться высокой плотности энергии. По оценке Джорджа Крабтри из Аргоннской национальной лаборатории министерства энергетики США, литий-ионным аккумуляторам для широкого применения необходимо стать как минимум впятеро более емкими и на столько же более дешевыми. Но даже в этом случае они останутся токсичными и взрывоопасными.

Некоторых их недостатков лишены альтернативные проекты: сегодня создан целый «зоопарк» электрохимических элементов. Например, аккумуляторы профессора Дональда Садоуэя на основе жидких металлических электродов и расплава соли требуют для работы высоких температур, зато они безопасны и намного дешевле литий-ионных. Однако любые батареи со временем неизбежно деградируют и уже лет через десять потребуют серьезных и регулярных вложений в обновление... Что нам остается, помимо этого?

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Как правильно сделать компост: лайфхаки, которые пригодятся каждому дачнику Как правильно сделать компост: лайфхаки, которые пригодятся каждому дачнику

Собирать компост на даче необходимо. Как это сделать правильно?

Популярная механика
Сбитый счетчик Сбитый счетчик

Место, куда такси приезжают умирать

Esquire
Новая модель ChatGPT o1: шаг вперед или не до конца проработанная революция? Новая модель ChatGPT o1: шаг вперед или не до конца проработанная революция?

ChatGPT o1 обещает стать большим прорывом в мире искусственного интеллекта

ТехИнсайдер
На светлой стороне На светлой стороне

Яна Лапутина о своем эксперименте по осветлению волос

OK!
«Засветиться» в инфополе и почаще выходить из дома: как быстро завести знакомства в новой профессии «Засветиться» в инфополе и почаще выходить из дома: как быстро завести знакомства в новой профессии

Как создать полезные связи в условиях ограниченной очной коммуникации?

Inc.
Клинт Иствуд: «По-вашему, я слишком много на себя беру?» Клинт Иствуд: «По-вашему, я слишком много на себя беру?»

Клинту Иствуду сегодня исполнилось 88 лет

Maxim
Личное дело Личное дело

Ксения Собчак вместе с Верой Кричевской сняла документальный фильм о своем отце

Vogue
Звезды, которые не гаснут: 6 легендарных рок-групп, не спешащих на пенсию Звезды, которые не гаснут: 6 легендарных рок-групп, не спешащих на пенсию

Никто не вечен, но эти звезды гаснуть пока не собираются

Playboy
#НЕПРОВОЙНУ: про мирное небо и стиль милитари #НЕПРОВОЙНУ: про мирное небо и стиль милитари

Арина Яганова пошла на самую мирную из военных выставок

Cosmopolitan
Куда бежать в случае зомби-апокалипсиса? Куда бежать в случае зомби-апокалипсиса?

В случае превращения людей в зомби исследователи советуют уезжать из города

Популярная механика
Заставляйте сердце биться чаще! Заставляйте сердце биться чаще!

Бешеный темп жизни, как это ни парадоксально, обрекает нас на неподвижность

Psychologies
Дьявол в мелочах Дьявол в мелочах

Как любовная лодка села на мель лайков и комментариев

Glamour
Etro отпразднует 50-летие интерактивной выставкой Etro отпразднует 50-летие интерактивной выставкой

В экспозиции — все то, за что мы любим бренд Etro

Vogue
Спим на уроке: обучение в состоянии осознанного сновидения Спим на уроке: обучение в состоянии осознанного сновидения

Возможно, скоро мы сможем тренироваться, не вылезая из-под одеяла, прямо во сне

Популярная механика
Солнце – друг или... Солнце – друг или...

Косметика с SPF помогает наслаждаться солнцем и не бояться обгореть

Лиза
Главный русский антигерой Главный русский антигерой

Судьба Григория Распутина стала темой десятков экранизаций за последние сто лет

Дилетант
Его величество Его величество

Казань величественна и по-праздничному красива даже в самый пасмурный день

Quattroruote
Классный звук в новом альбоме Jack White и другие музыкальные новинки месяца Классный звук в новом альбоме Jack White и другие музыкальные новинки месяца

Музыкальные новинки месяца

Maxim
Это моя бабушка! Это моя бабушка!

Как наладить отношения со старшим поколением: советы психолога

Домашний Очаг
Воспоминания Линдси Лохан, Пэрис Хилтон и других звезд о тюрьме Воспоминания Линдси Лохан, Пэрис Хилтон и других звезд о тюрьме

Эти знаменитости провели время за решеткой и поделились впечатлениями

Cosmopolitan
Как успокоиться, когда кругом стресс Как успокоиться, когда кругом стресс

Что такое покой? И можно ли его достичь?

Psychologies
От Аль Пачино до Джима Керри: 16 звезд, начинавших карьеру с грязной работы От Аль Пачино до Джима Керри: 16 звезд, начинавших карьеру с грязной работы

Порой кажется, что все звезды Голливуда родились успешными, но это далеко не так

Playboy
«Как я вышел из ступора» «Как я вышел из ступора»

Своей историей делится психолог

Psychologies
10 самых массово скачиваемых приложений для iPhone 2018 года 10 самых массово скачиваемых приложений для iPhone 2018 года

Угадай, какое из приложений для смартфона на первом месте

Maxim
Коробка быстрых скоростей: кулачковая коробка передач Коробка быстрых скоростей: кулачковая коробка передач

Ключ к победе – кулачковая коробка передач

Популярная механика
Выдающийся профиль Выдающийся профиль

Блогеры и диджитал-гуру рассказывают, как заработать свой первый миллион

Glamour
Василий Зайцев: неизвестная история легендарного снайпера Василий Зайцев: неизвестная история легендарного снайпера

Кем был в реальности знаменитый русский снайпер

Maxim
Осложнения после родов: причины и лечение Осложнения после родов: причины и лечение

Часто здоровье родившей мамы преподносит сюрпризы, которые нельзя игнорировать

9 месяцев
Вместе под солнцем Вместе под солнцем

Курортный роман – это как фильм про любовь, только в быстрой перемотке

Cosmopolitan
Профессиональные шахматисты живут дольше обычных людей: исследование Профессиональные шахматисты живут дольше обычных людей: исследование

Открытие австралийских ученых

Популярная механика
Открыть в приложении