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 полюбить спорт и перестать насильно заставлять себя заниматься: научный подход Как полюбить спорт и перестать насильно заставлять себя заниматься: научный подход

Может ли обычный человек получать удовольствие от физических нагрузок?

Популярная механика
10 канадских автомобилей: да, в Канаде тоже делают машины 10 канадских автомобилей: да, в Канаде тоже делают машины

Посмотрим, что делают в Канаде!

Популярная механика
Драйверы от Windows или фирменные: что лучше Драйверы от Windows или фирменные: что лучше

Стоит ли устанавливать фирменные драйверы или можно ограничиться встроенными

CHIP
20 важных весенних фактов про клещей 20 важных весенних фактов про клещей

Клещ ползет к тебе с распростертыми объятиями. Бди!

Maxim
Лайфхак, как быстро вернуть вещь, которую вы потеряли Лайфхак, как быстро вернуть вещь, которую вы потеряли

Чек-лист для быстрых и успешных поисков потерянной вещи

Maxim
Таинственная история исчезновения Полин Пикар Таинственная история исчезновения Полин Пикар

Двухлетняя Полин Пикар пропала в апреле 1922 года

Cosmopolitan
Владимир Овчаренко Владимир Овчаренко

Основатель аукциона Vladey Владимир Овчаренко — об ужине с Джеффом Кунсом

GQ
Тяжелый люкс Тяжелый люкс

Ким Кардашьян интересна с любой стороны

Tatler
«Торжество любви над ненавистью». Как женщина из Бурунди спасла 30 тысяч детей от гибели «Торжество любви над ненавистью». Как женщина из Бурунди спасла 30 тысяч детей от гибели

«Сноб» рассказывает историю Маргерит Баранкитс, которая спасла тысячи детей

СНОБ

Высказывания рэпера в твиттере уже успели привести к скандалу

Esquire
Театральный продюсер Леонид Роберман: Моя миссия — создавать праздник Театральный продюсер Леонид Роберман: Моя миссия — создавать праздник

Чем радость лучше веселья и почему Россия уже не центр театрального мира

СНОБ
Выходные пролетели – и ага… Выходные пролетели – и ага…

Что нам мешает отдохнуть за два выходных?

Лиза
Chevrolet Orlando: семейные проблемы Chevrolet Orlando: семейные проблемы

Ударит ли Chevrolet Orlando по семейному бюджету

АвтоМир
10 лучших альбомов месяца 10 лучших альбомов месяца

10 наиболее интересных альбомов апреля

Esquire
Агния Дитковските: На чужом примере проще учиться Агния Дитковските: На чужом примере проще учиться

В ожидании реалити «Союзники» на СТС мы поговорили с его ведущей

Лиза
Деньги для всех. Почему люди обращаются за краткосрочными займами Деньги для всех. Почему люди обращаются за краткосрочными займами

Микрофинансовые организации выдают деньги всем подряд. Так ли это на самом деле?

Forbes
Плюс одна комната! Плюс одна комната!

Как превратить обычную лоджию в полноценное жилое пространство

Лиза
Точка невозврата: как прошла выставка ART.WHO.DARK в Москве Точка невозврата: как прошла выставка ART.WHO.DARK в Москве

Экспериментальный смотр восходящего искусства

Cosmopolitan
Сюнга: история японской порнографической живописи Сюнга: история японской порнографической живописи

Сюнга — это своеобразный средневековый Playboy на японский манер

Cosmopolitan
Чем денисовский человек отличается от Homo sapiens? Чем денисовский человек отличается от Homo sapiens?

Выявление ранее неизвестных альтернативных ветвей человечества

Популярная механика
Суперспособности Суперспособности

Представители народа баджо могут задерживать дыхание на невероятные пять минут

Популярная механика
Шай Грановский: После кризиса люди стали возвращаться к дорогому кофе Шай Грановский: После кризиса люди стали возвращаться к дорогому кофе

Как изменился рынок кофе после экономического кризиса

СНОБ
Твои планы на выходные: Ruski и Insight Твои планы на выходные: Ruski и Insight

Захватывающий дух вид с высоты 354 м. в самых высоких ресторанах Европы.

Cosmopolitan
Советы по пикапу от птиц! Советы по пикапу от птиц!

Птицы в совершенстве освоили искусство соблазнения

Maxim
Покусился за святое. Трамп пообещал остановить «искусственное завышение» цен на нефть Покусился за святое. Трамп пообещал остановить «искусственное завышение» цен на нефть

Нефтяные котировки на заявлениях главы Белого дома пошли вниз

Forbes
Корпорация «Юдашкин» Корпорация «Юдашкин»

Как устроен бизнес главного российского кутюрье

РБК
Последнее кадастровое предупреждение. Что не так с налогом на имущество в России Последнее кадастровое предупреждение. Что не так с налогом на имущество в России

Проблемы с кадастровой оценкой недвижимости в России привели к росту недовольных

Forbes
Слепой десятипальцевый метод всего: 10 навыков, которыми обязан владеть каждый мужчина Слепой десятипальцевый метод всего: 10 навыков, которыми обязан владеть каждый мужчина

Проверь, насколько хорошо ты освоил базовые функции собственных пальцев

Maxim
Отдай мне все свои деньги: что такое финансовое доминирование Отдай мне все свои деньги: что такое финансовое доминирование

Один из многих фетишей мира БДСМ

Cosmopolitan
Частичка истории Частичка истории

Стать причастным к автомобильной истории Suzuki дорогого стоит

АвтоМир
Открыть в приложении