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

Физики напечатали порцию Физики напечатали порцию

Ученые разработали идеальную по вкусу кусочек шоколада

Популярная механика
Супергерои и Смерть. Почему «Мстители: Война бесконечности» — лучший фильм Marvel Супергерои и Смерть. Почему «Мстители: Война бесконечности» — лучший фильм Marvel

Еще никогда критики не чувствовали себя настолько униженными и бесполезными

Esquire
Подводный пылесос и чистящее желе: четыре российских технологии для борьбы с нефтяным загрязнением Подводный пылесос и чистящее желе: четыре российских технологии для борьбы с нефтяным загрязнением

Как решения используют в России по уборке нефтепродуктов?

Inc.
Лучшие мемы Met Gala 2018 Лучшие мемы Met Gala 2018

Святой дух Бейонсе, Рианна в образе папы римского и другие

Esquire
7 самых распространенных способов обмана на шиномонтаже 7 самых распространенных способов обмана на шиномонтаже

Как не попасться на крючок мошенников в шиномонтаже

Maxim
Правильные биографии: чем новые министры заслужили свои места Правильные биографии: чем новые министры заслужили свои места

Владимир Путин утвердил новый состав правительства

Forbes
10 признаков, что вы встретили родственную душу 10 признаков, что вы встретили родственную душу

Что мы имеем в виду, когда говорим о «второй половинке»

Psychologies
Мне не нравится его компания Мне не нравится его компания

Когда нужно переходить к решительным мерам

Psychologies
Приоденься как Джеймс Бонд: новая коллекция KANZLER, вдохновленная бондианой Приоденься как Джеймс Бонд: новая коллекция KANZLER, вдохновленная бондианой

Бренд KANZLER перед выходом 25-го фильма о «007» создал коллекцию для героев

Maxim
Излечися сам: помоги доктору Ольге спастись от рака Излечися сам: помоги доктору Ольге спастись от рака

Даже доктор не может держать себя в руках вечно

Cosmopolitan
Осложнения после родов: причины и лечение Осложнения после родов: причины и лечение

Часто здоровье родившей мамы преподносит сюрпризы, которые нельзя игнорировать

9 месяцев
Я могу говорить Я могу говорить

Заявить, что ты стал жертвой, никогда не поздно и вовсе не стыдно

Esquire
Возвращение на рельсы Возвращение на рельсы

Что позволяет ожидать расцвета железнодорожной отрасли в скором будущем

СНОБ
Политика разрушений: разрыв ядерной сделки с Ираном обвалит цены на нефть Политика разрушений: разрыв ядерной сделки с Ираном обвалит цены на нефть

Котировки сырья в долгосрочной перспективе могут рухнуть по сценарию 2016 года

Forbes
Volkswagen Touareg: шипы розы Volkswagen Touareg: шипы розы

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

АвтоМир
«Терминатор» с «Кинжалом»: какая техника участвует в Параде Победы «Терминатор» с «Кинжалом»: какая техника участвует в Параде Победы

Какие новинки военной техники можно увидеть на Красной площади 9 мая?

Forbes
Строгость без насилия Строгость без насилия

Вопросы воспитания волнуют каждого родителя

Psychologies
Ирина Понаровская и другие знаменитости, вернувшие приемных детей Ирина Понаровская и другие знаменитости, вернувшие приемных детей

Отказ от приемного ребенка не редкость в сфере усыновления

Cosmopolitan
10 автомобилей из Прибалтики 10 автомобилей из Прибалтики

Какие автомобили из Прибалтики, кроме латвийского РАФа, вы знаете?

Популярная механика
Связаны корнями Связаны корнями

Хореограф и xудожник возвращают людей к жизни через искусство

Seasons of life
Самое место Самое место

Мини-гид для начинающих путешественников

Добрые советы
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
9 советов о путешествии для будущей мамы 9 советов о путешествии для будущей мамы

Накладывает ли беременность множество ограничений на возможность путешествий

9 месяцев
Спящая сила: почему рост Китая и Индии не влияет на экономику России Спящая сила: почему рост Китая и Индии не влияет на экономику России

За последние 10 лет объем торговли между Россией и Китаем вырос почти втрое

Forbes
6 удивительных вещей на фестивале «Политех» 6 удивительных вещей на фестивале «Политех»

В Парке Горького состоится фестиваль «Политех». Что можно там увидеть

Популярная механика
Чужой среди своих: чем займется Алексей Кудрин в Счетной палате Чужой среди своих: чем займется Алексей Кудрин в Счетной палате

Это назначение окончательно исключит экономиста из реальной политики

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

Открытие австралийских ученых

Популярная механика
Газовое дежавю. Болгария попросила возобновить «Южный поток» Газовое дежавю. Болгария попросила возобновить «Южный поток»

О желании Софии превратиться в государство, распределяющее природный газ

Forbes
Долгое прощение Долгое прощение

Что делать, если вы узнали о неверности своего мужчины: советы психолога

Добрые советы
Лучшие шутки дня и агенты госдепа! Лучшие шутки дня и агенты госдепа!

Ужасающий дайджест авторского юмора с авторской орфографией

Maxim
Открыть в приложении