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 в России производят титан: технология настоящего Как в России производят титан: технология настоящего

Гигант ВСМПО-АВИСМА — неотъемлемая часть мирового авиапрома

Популярная механика
Возвращение Возвращение

Прошло 7 лет после возрождения одного из старейших в мире мотоциклетных брендов

Популярная механика
Всего пара кликов: как удалить браузер с компьютера Всего пара кликов: как удалить браузер с компьютера

Что нужно делать, чтобы полностью удалить разные браузеры с устройства

ТехИнсайдер
Жидкий кристалл Жидкий кристалл

Дом в Венеции по проекту архитектурного бюро Parisotto + Formenton

AD
Как найти свое счастье: бесценные научные советы Как найти свое счастье: бесценные научные советы

Формула счастья будет уникальной для каждого человека. Но как найти свою?

Psychologies
Американские мыши, иранские кошки и саудовские собаки Американские мыши, иранские кошки и саудовские собаки

Кому удастся сформировать правительство в Ираке

Эксперт
Что носили мужчины на этой неделе Что носили мужчины на этой неделе

Diddy во всем белом, Дональд Гловер во всем красном

GQ
Катя IOWA: Катя IOWA:

Группа IOWA отмечает десятый день рождения

Cosmopolitan
Город, который есть Город, который есть

Кенигсберг. Сегодня это совсем другой город, с другим именем и иной культурой

АвтоМир
Золотая родословная Золотая родословная

Поиск родословной обходится в сотни тысяч рублей

Эксперт
Махараджи у руля Махараджи у руля

Роллс-ройсы индийских принцев

Robb Report
#Ялюблюсвоюработу #Ялюблюсвоюработу

Певица Валерия недавно отметила юбилей

OK!
Изменились до неузнаваемости: отечественные звезды до и после пластики Изменились до неузнаваемости: отечественные звезды до и после пластики

Далеко не всегда результаты пластических операций радуют глаз

Cosmopolitan
Смартозависимые Смартозависимые

Мир переживает нашествие смомби, или «мертвых ходоков»

Огонёк
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
«Трамп загнал себя в патовую ситуацию» «Трамп загнал себя в патовую ситуацию»

Интервью с главным научным сотрудником Владимиром Васильевым

Огонёк
Зять Лаврова за прилавком. Александр Винокуров стал совладельцем «Магнита» Зять Лаврова за прилавком. Александр Винокуров стал совладельцем «Магнита»

ВТБ уже продает почти половину своего пакета акций «Магнита»

Forbes
Топ-8 хитов для караоке к Чемпионату мира по футболу Топ-8 хитов для караоке к Чемпионату мира по футболу

Рейтинг хитов, которые можно исполнить в караоке в месяц ЧМ2018

Cosmopolitan
Хроника авиакатастрофы: как спасти пассажиров Хроника авиакатастрофы: как спасти пассажиров

Героическая битва экипажа лайнера DC-10 за жизнь пассажиров

Популярная механика
BMW X1: младший брат BMW X1: младший брат

В семействе баварских кроссоверов Х1 считается младшеньким

АвтоМир
7 особенностей людей, которые эффективно разрешают споры 7 особенностей людей, которые эффективно разрешают споры

Что отличает тех, кто спорит правильно

Psychologies
«Гони этих русских куда подальше!» Три причины, почему Россия проиграла чехам «Гони этих русских куда подальше!» Три причины, почему Россия проиграла чехам

О боже, мы попали под злых чехов. Как? Что?! Почему!!!

Maxim
Уроки самосострадания для «плохих» родителей Уроки самосострадания для «плохих» родителей

Если у вас есть дети, вы наверняка часто корите себя за ошибки в их воспитании

Psychologies
Экстремальный Боракай Экстремальный Боракай

Филиппинский остров Боракай – это мягкий белый песок, пальмы, бирюзовое море

АвтоМир
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
«Норникель» форсирует экологические программы «Норникель» форсирует экологические программы

Первый в мире производитель палладия продолжает модернизацию производства

Эксперт
Дозорный Дозорный

Николай Телегин живет в Курске. Но каждый год он отправляется на Русский Север

Seasons of life
Большая игра Большая игра

Актер Никита Панфилов тестирует обновленный суперкар Nissan GT-R

OK!
Александра Ревенко: «Пока не понимаю, куда я иду: открыта всему и плыву по течению» Александра Ревенко: «Пока не понимаю, куда я иду: открыта всему и плыву по течению»

Интервью с актрисой Александрой Ревенко

Esquire
«Гони, екарный бабай»: лучшие шутки про Путина за рулем КамАЗа «Гони, екарный бабай»: лучшие шутки про Путина за рулем КамАЗа

15 мая открылся Крымский мост, соединяющий Таманский полуостров и город Керчь

Playboy
Открыть в приложении