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

5 лучших стилей тренировки для похудения: эксперты рассказали, как выбрать подходящий способ сжечь лишний вес 5 лучших стилей тренировки для похудения: эксперты рассказали, как выбрать подходящий способ сжечь лишний вес

Подборка тренировочных стилей для избавления от целлюлита и толcтых животов

Популярная механика
Добавляем функции смартфону: Android без Google Добавляем функции смартфону: Android без Google

Способ избавиться от Google

CHIP
Это я беру на себя: почему бизнес все чаще размещает IT-решения на своих серверах Это я беру на себя: почему бизнес все чаще размещает IT-решения на своих серверах

Почему бизнес предпочитает развивать свою IT-инфраструктуру?

Forbes

Диета, на которой сидят "ангелы" Victoria's Secret перед показом

Cosmopolitan
Цирцея и Фея Моргана: как героини древних мифов вдохновляют современных писательниц Цирцея и Фея Моргана: как героини древних мифов вдохновляют современных писательниц

Шесть современных произведений, которые переосмысляют легендарные сюжеты

Forbes
«Я убил человека»: как жить после трагической случайности «Я убил человека»: как жить после трагической случайности

Исповедь Джонатана Изарда

Psychologies
Дело жизни Казуаки Харады Дело жизни Казуаки Харады

Японский художник Казуаки Хараде нашел свое дело почти случайно

Популярная механика
Неизвестное о загадочном: как японцы воздушными шарами американцев бомбили Неизвестное о загадочном: как японцы воздушными шарами американцев бомбили

План на грани гениальности и маразма

Maxim
«Холодные» родители и их взрослые дети «Холодные» родители и их взрослые дети

О проблемах, с которыми сталкиваются недолюбленные дети

Psychologies
Существует ли сингулярность: от теории к фактам Существует ли сингулярность: от теории к фактам

Разбираемся, существует ли сингулярность в реальности

Популярная механика
10 венгерских автомобилей: не только Ikarus 10 венгерских автомобилей: не только Ikarus

Помимо Ikarus, в Венгрии есть (или были) другие автозаводы

Популярная механика
10 немецких автомобилей, о которых вы ничего не знали 10 немецких автомобилей, о которых вы ничего не знали

Количество немецких автомобилей на наших дорогах огромно

Популярная механика
Номер люкс Номер люкс

Vogue вместе с McKinsey & Company изучили привычки русских модниц

Vogue
Как спрятать голову в железо: боевые шлемы Средневековья Как спрятать голову в железо: боевые шлемы Средневековья

Современные реконструкторы идут по следам кузнецов-виртуозов Средних веков

Популярная механика
Не позволяйте плохим мыслям управлять вашим поведением Не позволяйте плохим мыслям управлять вашим поведением

Как избавиться от негативных мыслей, способных испортить удовольствие от жизни

Psychologies
Дима Билан, Сергей Лазарев и другие звезды на детской премии «Дай пять!» Дима Билан, Сергей Лазарев и другие звезды на детской премии «Дай пять!»

Церемония награждения Национальной телевизионной премии «Дай пять!»

Cosmopolitan
Афроамериканская активистка опубликовала манифест-обращение к белым Афроамериканская активистка опубликовала манифест-обращение к белым

Не хочешь быть расистом или белым супремасистом — следуй этим правилам!

Maxim
Черная метка: честный бизнес начал страдать от борьбы с мошенниками Черная метка: честный бизнес начал страдать от борьбы с мошенниками

По запросу налоговых органов все чаще блокируются счета компаний

Forbes
10 самых ожидаемых фильмов Каннского кинофестиваля 10 самых ожидаемых фильмов Каннского кинофестиваля

8 мая откроется 71-й Каннский кинофестиваль

Esquire
Смена власти: как четвертая промышленная революция меняет рынок труда Смена власти: как четвертая промышленная революция меняет рынок труда

Искусственный интеллект с успехом вытесняет специалистов

Forbes
Верхом на единороге. Основатель Revolut Николай Сторонский может попасть в рейтинг Forbes Верхом на единороге. Основатель Revolut Николай Сторонский может попасть в рейтинг Forbes

Британский финтех-стартап с русскими корнями Revolut и его успех

Forbes
Попадание в сеть Попадание в сеть

Подключенные автомобили смогут коммуницировать между собой и с инфраструктурой

CHIP
Исландия: медитация на Луне Исландия: медитация на Луне

Фантастические пейзажи Исландии пленяют с первого взгляда

Psychologies
Локальный диск Локальный диск

Знаменитый певец Рики Мартин поселился с семьей в доме 1950‑х годов

AD
«Их надо обязательно вытаскивать» «Их надо обязательно вытаскивать»

Кто такие украинские политзэки и кого из них освободили

Русский репортер
Если б я был султан: как живут многоженцы в США Если б я был султан: как живут многоженцы в США

Американским традициям чужда полигамия, однако некоторые мужчины ее выбирают

Cosmopolitan
Subaru Impreza Subaru Impreza

Impreza на отечественном рынке окончательно сдулась и покинула прилавки

АвтоМир

Филип Бизли уверен, что в XXI веке настает эпоха живой архитектуры

Популярная механика
Суперспособности Суперспособности

Представители народа баджо могут задерживать дыхание на невероятные пять минут

Популярная механика
Каково это — попасть в сексуальное рабство Каково это — попасть в сексуальное рабство

История Синтии из Нигерии, попавшей в рабство в России

Esquire
Открыть в приложении