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

10 неожиданных лайфхаков с металлической мочалкой: незаменимые советы для дома и быта 10 неожиданных лайфхаков с металлической мочалкой: незаменимые советы для дома и быта

Металлическая мочалка или губка — обязательный предмет на каждой кухне

Популярная механика
Когда близкие бесят: психологическое проецирование Когда близкие бесят: психологическое проецирование

В других людях нас больше всего раздражает то, чего мы не приемлем в себе

Psychologies
Столкновение умов: как не проиграть конкуренцию в борьбе за лидерство в области ИИ Столкновение умов: как не проиграть конкуренцию в борьбе за лидерство в области ИИ

Как на самом деле развивается ИИ в России?

Forbes
А мне летать охота: 5 тренировок, которые нарушают законы гравитации А мне летать охота: 5 тренировок, которые нарушают законы гравитации

Пять занятий из нашей подборки способны подарить тебе крылья

Cosmopolitan
«Кухня Древнего мира» «Кухня Древнего мира»

О сырах, которые в Древнем Риме считались скромной пищей

N+1
13 перемен весны 13 перемен весны

Древняя японская кухня и её влияние на меню лучших ресторанов мира

Robb Report
Переводчик Виктор Сонькин — о качественном нон-фикшене и любви к Пушкину Переводчик Виктор Сонькин — о качественном нон-фикшене и любви к Пушкину

Филолог и переводчик Виктор Сонькин признается в любви к Пушкину

Esquire
Куда ты катишься? Куда ты катишься?

Выбираем городской самокат для взрослых – легкий, прочный и надежный

Лиза
Lexus Design Award 2018: дизайн, способный изменить мир Lexus Design Award 2018: дизайн, способный изменить мир

Конкурс Lexus Design Award для молодых дизайнеров

Популярная механика
От бунтаря до военнослужащего: история принца Гарри От бунтаря до военнослужащего: история принца Гарри

Вспоминаем историю внука Елизаветы II и главного бунтаря в королевской семье

Esquire
Рианна, Ким Кардашьян и другие звезды поздравили родных с Днем матери Рианна, Ким Кардашьян и другие звезды поздравили родных с Днем матери

Зарубежные и российские знаменитости поздравили мам в социальных сетях

Cosmopolitan
Советские бренды, покорившие Запад Советские бренды, покорившие Запад

Не единым автоматом Калашникова и водкой Stolichnaya славился Советский Союз

Maxim
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
Помогите нам не потерять отношения Помогите нам не потерять отношения

Как выйти из кризиса отношений

Psychologies
Гость из будущего Гость из будущего

Разговор с Максимом Диденко о майских премьерах «Текст» и Asmodeus

Glamour
Обязательная программа: что нельзя пропустить на Bosco Fresh Fest Обязательная программа: что нельзя пропустить на Bosco Fresh Fest

Bosco Fresh Fest 18 возвращается в Москву

Cosmopolitan
Твои, мои и наши: как помочь детям, когда у родителей новые отношения Твои, мои и наши: как помочь детям, когда у родителей новые отношения

Об отношениях между детьми и их родителями в новом браке

Домашний Очаг
С чем носить гавайскую рубашку С чем носить гавайскую рубашку

5 поводов надеть гавайскую рубашку

Esquire
Границы любви: 4 упражнения для укрепления отношений Границы любви: 4 упражнения для укрепления отношений

У любой пары случаются взлеты и падения

Psychologies
Лев прав Лев прав

Лев Яшин был легендой советского футбола, но однажды он потерял все

GQ
Кит Ричардс Кит Ричардс

Мы поболтали с Китом Ричардсом обо всем на свете

Maxim
10 неожиданных способов применения газовой горелки 10 неожиданных способов применения газовой горелки

Несколько способов применения газовой горелки, о которых знают далеко не все

Популярная механика
10 немецких автомобилей, о которых вы не знали (часть 3) 10 немецких автомобилей, о которых вы не знали (часть 3)

Продолжаем изучать малоизвестные страницы мирового автомобилестроения

Популярная механика
Лучшие кроссовки мая 2018 Лучшие кроссовки мая 2018

«Конверсы» Вирджила Абло и джинсовые «вэнсы»

Esquire
7 программ, которые тебе надо удалить с компьютера прямо сейчас… 7 программ, которые тебе надо удалить с компьютера прямо сейчас…

...и использовать вместо них сильнодействующие заменители

Maxim
Пермские боги Пермские боги

Деревянные ангелы и апостолы из коллекции Пермской художественной галереи

Seasons of life
Знойные красотки в кино: открытие купального сезона Знойные красотки в кино: открытие купального сезона

Список фильмов с самыми красивыми актрисами в бикини

Playboy
«Я узнала, что мой муж — алкоголик» «Я узнала, что мой муж — алкоголик»

Алкоголизм в семье — это тема, которой принято стыдиться

Psychologies
Планируете беременность? Правила отмены контрацептивов Планируете беременность? Правила отмены контрацептивов

Что делать с контрацепцией, если вы планируете беременность

9 месяцев
Место мужчины на кухне: почему мы толстеем Место мужчины на кухне: почему мы толстеем

Несправедливое распределение ролей на кухне обходится дорого,

Cosmopolitan
Открыть в приложении