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

Что почитать в день «Звездных вoйн»: 3 отличных книги о далекой галактике Что почитать в день «Звездных вoйн»: 3 отличных книги о далекой галактике

Книги, которые помогут вспомнить вам, за что вы любите «Звездные вoйны»

Популярная механика
Светлана Бондарчук, Хаски и другие на открытии выставки «Новая Япония» Светлана Бондарчук, Хаски и другие на открытии выставки «Новая Япония»

Открылась выставка «Новая Япония»

Cosmopolitan
Чем больше контента вы смотрите, тем хуже для психического здоровья Чем больше контента вы смотрите, тем хуже для психического здоровья

Чем больше времени вы проводите в сети, тем хуже становится психическое здоровье

ТехИнсайдер
Люди будущего Люди будущего

Двадцать историй молодых людей, которые работают на передовых направлениях

РБК
Ученые обнаружили планету, на которой возможно есть жизнь Ученые обнаружили планету, на которой возможно есть жизнь

Какая еще планета, кроме Марса, способна поддерживать жизнь?

Inc.
5 салонных процедур с мгновенным эффектом 5 салонных процедур с мгновенным эффектом

Пять процедур, которые подходят как мужчинам, так и женщинам

Esquire
Антон Шастун: «Я просто моложе и свежее этих трёх стариков!» Антон Шастун: «Я просто моложе и свежее этих трёх стариков!»

Мы встретились с самым популярным участником шоу «Импровизация» на ТНТ

Maxim
Иван Ургант Иван Ургант

Правила жизни телеведущего и актера Ивана Урганта

Esquire
Как спастись от медведя? Как спастись от медведя?

Правила поведения при встрече с дикими животными

Playboy
5 правил успешных переговоров 5 правил успешных переговоров

Рассказывает Екатерина Стародубцева, совладельца рекрутингового агентства

Psychologies
Hisense – технологии будущего теперь в России! Hisense – технологии будущего теперь в России!

Международная корпорация Hisense открыла офис в России

Популярная механика
Илон Маск встречается с певицей Граймс: как в сети шутят над парой гика и неформалки Илон Маск встречается с певицей Граймс: как в сети шутят над парой гика и неформалки

У Илона Маска новая девушка — канадская инди-певица Граймс

Playboy
Смарт-платье, удлиненные шорты и еще 3 вещи, без которых летом-2018 никуда Смарт-платье, удлиненные шорты и еще 3 вещи, без которых летом-2018 никуда

Список вещей на лето-2018 озвучивает стилист и тренер по стилю Роман Медный

Cosmopolitan
Венесуэльский автобус идет к обрыву Венесуэльский автобус идет к обрыву

Победа президента Мадуро на выборах усугубит экономический кризис в Венесуэле

Эксперт
Дозорный Дозорный

Николай Телегин живет в Курске. Но каждый год он отправляется на Русский Север

Seasons of life
Евгений Гонтмахер:Возраст дожатия. Почему пенсионеры будут дольше работать и меньше получать Евгений Гонтмахер:Возраст дожатия. Почему пенсионеры будут дольше работать и меньше получать

Правительство повысит пенсионный возраст в России

СНОБ
Владимир Гуриев — о русской классике и книгах, перед которыми невозможно устоять Владимир Гуриев — о русской классике и книгах, перед которыми невозможно устоять

Владимир Гуриев рассказывает о страшных литературных впечатлениях детства

Esquire
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
49 вопросов, которые укрепят ваши отношения 49 вопросов, которые укрепят ваши отношения

Как повторить прекрасные мгновения с партнером

Psychologies
Строгость без насилия Строгость без насилия

Вопросы воспитания волнуют каждого родителя

Psychologies
«Делайте то, чего никогда не делали раньше»: премия «Инновация» глазами «Сноба» «Делайте то, чего никогда не делали раньше»: премия «Инновация» глазами «Сноба»

Как премия за вклад в искусство обернулась иммерсивным спектаклем

СНОБ
Солнце – друг или... Солнце – друг или...

Косметика с SPF помогает наслаждаться солнцем и не бояться обгореть

Лиза
Какое будущее ждет Голливуд и почему победа останется за Netflix Какое будущее ждет Голливуд и почему победа останется за Netflix

Стриминг-гигант забирает лучшие проекты именитых режиссеров

Esquire
Основы мат-анализа Основы мат-анализа

Хорошая статья про нехорошие слова

Maxim
Лучший бармен 2017 года о коктейлях на лето и стереотипах про девушек в баре Лучший бармен 2017 года о коктейлях на лето и стереотипах про девушек в баре

Лучшим барменом 2017 года стала Кейтлин Стюарт из Royal Dinette в Ванкувере

GQ
Протанцевать семейный кризис Протанцевать семейный кризис

Понять друг друга можно не только с помощью слов. Есть и парный танец

Psychologies
Традиционные ценности: как меняются вкусы коллекционеров-миллиардеров Традиционные ценности: как меняются вкусы коллекционеров-миллиардеров

Тренды российского арт-рынка находят отражение в коллекциях миллиардеров

Forbes
10 автомобилей из Бразилии: почти экзотика 10 автомобилей из Бразилии: почти экзотика

До России бразильские автомобили практически никогда не добираются

Популярная механика
Компания Vivo официально представила смартфон V9 в России Компания Vivo официально представила смартфон V9 в России

Компания Vivo представляет новый смартфон V9

Cosmopolitan
Помериться баррелями: как Бахрейн угрожает обрушить цены на нефть Помериться баррелями: как Бахрейн угрожает обрушить цены на нефть

Бахрейн объявил, что обладает запасами нефти, превышающими запасы в России

Forbes
Открыть в приложении