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

Что делать, если у кошки или собаки блохи: вот как от них избавиться Что делать, если у кошки или собаки блохи: вот как от них избавиться

Как заметить блох на питомце и что с ними делать?

Популярная механика
Чего стоят оценки Чего стоят оценки

Для многих из нас успеваемость детей приобретает дополнительный смысл

Psychologies
Нейросети в поисках персонала: как компании используют искусственный интеллект в рекрутинге уже сейчас Нейросети в поисках персонала: как компании используют искусственный интеллект в рекрутинге уже сейчас

Как рекрутеры используют нейросети — кейсы из России

ТехИнсайдер
Правила жизни Максима Фадеева Правила жизни Максима Фадеева

Композитор, музыкальный продюсер, 50 лет, Москва

Esquire
Антиоксиданты: зачем они нужны и где их искать Антиоксиданты: зачем они нужны и где их искать

Какие продукты стоит внести в меню, чтобы поддерживать тело в тонусе?

Правила жизни
Летом дороже: почему и насколько вырастут цены на сотовую связь Летом дороже: почему и насколько вырастут цены на сотовую связь

«Закон Яровой» вступит в силу 1 июля

Forbes
Яндекс.Эксперименты. Как поисковик превратился в экосистему и что это такое Яндекс.Эксперименты. Как поисковик превратился в экосистему и что это такое

В 2011 году среди сотрудников «Яндекса» оказалось 132 долларовых миллионера

Forbes
Нервные клетки не восстанавливаются? Нервные клетки не восстанавливаются?

Может ли мозг взрослого человека образовывать новые нейроны взамен утраченных

Популярная механика
Прирожденные лидеры: 10 самых влиятельных директоров в мире по версии Forbes Прирожденные лидеры: 10 самых влиятельных директоров в мире по версии Forbes

В рейтинге самых влиятельных людей половина — руководители крупных корпораций

Forbes
Танковый таран – оружие смелых Танковый таран – оружие смелых

Танковый таран – широко распространенный и отработанный тактический прием

Популярная механика
Блокировка Telegram и еще 10 скандалов с участием Павла Дурова Блокировка Telegram и еще 10 скандалов с участием Павла Дурова

История скандалов известного программиста России Павла Дурова

Cosmopolitan
Флоранс Илли-Хворостовская: «Дима снится мне каждую ночь» Флоранс Илли-Хворостовская: «Дима снится мне каждую ночь»

Интервью с главной женщиной певца Дмитрия Хворостовского

StarHit
США возмущены песней-победительницей Евровидения, Япония — нет США возмущены песней-победительницей Евровидения, Япония — нет

Про этическую драму континентального масштаба из-за культурной апроприации

Maxim
Сколько видеопамяти нужно для игр? Сколько видеопамяти нужно для игр?

Сколько же видеопамяти действительно нужно для игр

CHIP
Как оживить скучный доклад. Легко!.. Как оживить скучный доклад. Легко!..

Чтобы твое выступление не подняли на смех, вставь в него несколько шуток

Maxim
Гид по тканям: как выбрать лучшее Гид по тканям: как выбрать лучшее

Состав материала не всегда говорит о его свойствах

Популярная механика
Машина времени Машина времени

Самое прекрасное в Нижнем Новгороде — скрывающиеся за фасадами переулки и дома

Quattroruote
5 фактов о показе Philipp Plein в Каннах 5 фактов о показе Philipp Plein в Каннах

Все самое важное, что нужно знать о показе бунтаря Филиппа Пляйна

Vogue
Катерина Мурашова: поколенческий невроз Катерина Мурашова: поколенческий невроз

Зачем мы лишаем детей свободного времени

СНОБ
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
Михаил Блинкин: Транспортное самообучение нации. Почему дворы нужно закрыть от автомобилей Михаил Блинкин: Транспортное самообучение нации. Почему дворы нужно закрыть от автомобилей

Михаил Блинкин — о том, почему шлагбаумы во дворах — это хорошо

СНОБ
Тест и обзор проектора Epson EH-TW650: люди, это хит! Тест и обзор проектора Epson EH-TW650: люди, это хит!

Маленький, да удаленький недорогой проектор

CHIP
Уйти, чтобы вернуться... Уйти, чтобы вернуться...

Парадное, шаверма, «в Питере — пить» и прочие парадигматические артефакты

Quattroruote
7 вещей, которые люди с аутизмом хотели бы вам сказать 7 вещей, которые люди с аутизмом хотели бы вам сказать

Журналист Сара Курчак разрушает несколько стереотипов о людях с РАС

Psychologies
Великий пост Великий пост

Журналист Михаил Зыгарь ввел моду на чтение исторических заметок

Vogue
Рождение «непобедимой и легендарной» Рождение «непобедимой и легендарной»

Создание вооружённых сил молодого Советского государства окружено мифами

Дилетант
«Мы уже смотримся в “Черное зеркало”». Дискуссия «Сноба» об искусственном интеллекте «Мы уже смотримся в “Черное зеркало”». Дискуссия «Сноба» об искусственном интеллекте

О том, как технический прогресс может изменить общество

СНОБ
Мавра может быть свободной Мавра может быть свободной

История одного из первых обновленных судов эпохи реформы Александра II

Дилетант
Катар, откройся! Чем заняться в стране, куда раньше было не попасть? Катар, откройся! Чем заняться в стране, куда раньше было не попасть?

В 2022 году в Дохе, столице Катара, пройдет Чемпионат мира по футболу

Cosmopolitan

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

Cosmopolitan
Открыть в приложении