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 такое синдром «компьютерной шеи» и чем он опасен: проверьте, есть ли он у вас Что такое синдром «компьютерной шеи» и чем он опасен: проверьте, есть ли он у вас

Чем может быть опасен синдром «компьютерной шеи» и что с этим делать

Популярная механика
Ловушка для покупателя. Почему современные вещи не могут служить вечно Ловушка для покупателя. Почему современные вещи не могут служить вечно

Товары — это расходный материал в большой игре производителей

Forbes
Изогнутый экран смартфона — это удобно? Изогнутый экран смартфона — это удобно?

Стоит ли покупать смартфоны с изогнутыми экранами?

CHIP
Чего стоят оценки Чего стоят оценки

Для многих из нас успеваемость детей приобретает дополнительный смысл

Psychologies
Отец телевидения Владимир Зворыкин: история изобретения, изменившего мир Отец телевидения Владимир Зворыкин: история изобретения, изменившего мир

Почему отец телевидения Владимир Зворыкин возненавидел свое творение

ТехИнсайдер
Иду на рекорд! Иду на рекорд!

Как привить ребенку любовь к спорту

Лиза
Philips Avent SCF875: тест-драйв гибрида блендера и пароварки Philips Avent SCF875: тест-драйв гибрида блендера и пароварки

Гаджеты для младенцев — это зона повышенной ответственности производителей

Популярная механика
Volkswagen Touareg: шипы розы Volkswagen Touareg: шипы розы

Пытаемся разобраться в причинах неудач Touareg... Или все же удач?

АвтоМир
Цигун как духовная и энергетическая практика: техника безопасности Цигун как духовная и энергетическая практика: техника безопасности

Что будет, если начать практику цигун с дыхания?

Psychologies
От Пикассо до Репина: 6 громких случаев вандализма в музеях От Пикассо до Репина: 6 громких случаев вандализма в музеях

Громкие случаи порчи великих произведений искусства

Playboy
Сбитый счетчик Сбитый счетчик

Место, куда такси приезжают умирать

Esquire
Отдых по следам любимых писателей Отдых по следам любимых писателей

Летний отпуск – как обязательный ритуал, как воскресный ужин с друзьями

Esquire
«Мой сын готов продолжать мое дело». Последнее интервью миллиардера Георгия Генса «Мой сын готов продолжать мое дело». Последнее интервью миллиардера Георгия Генса

Георгий Генс о коллекционировании, спорте и воспитании детей

Forbes
Квартиры из воздуха. Почему слова Путина о массовом строительстве жилья останутся утопией Квартиры из воздуха. Почему слова Путина о массовом строительстве жилья останутся утопией

Как застройщики будут строить дальше в новых реалиях?

Forbes
«Любовь победит»: Анна Седокова откровенно рассказала о борьбе за дочь «Любовь победит»: Анна Седокова откровенно рассказала о борьбе за дочь

Бывший муж Анны Седоковой Максим Чернявский хочет забрать у нее дочь

Cosmopolitan
Восстание машин Восстание машин

Автомобили будущего, которые строятся уже сейчас

Robb Report
Как эффективно разогнать мозг: советы невролога Как эффективно разогнать мозг: советы невролога

У нас такой же мозг, как у людей, которые придумали теорию струн и баночное пиво

Maxim
Dreszcz rozkoszy! Dreszcz rozkoszy!

В очередной раз мы восхищаемся Джоанной Крупой

Maxim
Центробежность Центробежность

Гид по местам Москвы, куда редко ступает нога человека (а зря)

Esquire
Михаил Блинкин: Транспортное самообучение нации. Почему дворы нужно закрыть от автомобилей Михаил Блинкин: Транспортное самообучение нации. Почему дворы нужно закрыть от автомобилей

Михаил Блинкин — о том, почему шлагбаумы во дворах — это хорошо

СНОБ
«Иисус! Этот бородатый русский кого-то сегодня убьет!» Америка ненавидит и боготворит Овечкина «Иисус! Этот бородатый русский кого-то сегодня убьет!» Америка ненавидит и боготворит Овечкина

Уже лето на дворе, а хоккеист Александр Овечкин все еще сражается в НХЛ

Maxim
«Ночные ведьмы», или «Дунькин полк»: единственный женский полк Второй мировой «Ночные ведьмы», или «Дунькин полк»: единственный женский полк Второй мировой

Среди героев войны было немало женщин

Cosmopolitan
Под колпаком: к чему приведет запрет продавать машины из рук в руки Под колпаком: к чему приведет запрет продавать машины из рук в руки

Минпромторг предлагает создать электронную аукционную платформу

Forbes
Хозяйка музея Хозяйка музея

Начальник отдела обслуживания Государственного Эрмитажа Елена Рябова

Дилетант
Топ-5 совершенно чокнутых ситуаций в хоккее! Топ-5 совершенно чокнутых ситуаций в хоккее!

Наслаждайся невероятными хоккейными историями с видеоповторами лучших моментов

Maxim
С расчётом на будущее С расчётом на будущее

Как научить ребёнка математике в России и США

Robb Report
Регионы строятся по росту Регионы строятся по росту

Задача властей - добиться роста инвестиционной привлекательности

РБК
Обмен веществ: курс на улучшение! Обмен веществ: курс на улучшение!

Какие факторы влияют на метаболизм и как можно улучшить обменные процессы

9 месяцев
Кануть в лето Кануть в лето

Идеальные отели для открытия купального сезона

Robb Report
5 книг, которые стоит прочитать этим летом: выбор Билла Гейтса 5 книг, которые стоит прочитать этим летом: выбор Билла Гейтса

Билл Гейтс поделился с читателями своего блога списком литературы на лето

Esquire
Открыть в приложении