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 такое синдром «компьютерной шеи» и чем он опасен: проверьте, есть ли он у вас Что такое синдром «компьютерной шеи» и чем он опасен: проверьте, есть ли он у вас

Чем может быть опасен синдром «компьютерной шеи» и что с этим делать

Популярная механика
Жертва санкций: как Трамп разрушил китайского производителя смартфонов Жертва санкций: как Трамп разрушил китайского производителя смартфонов

После санкций Америки китайская компания оказалась на грани разорения

Forbes
Сетевые дементоры: что такое теория «мертвого интернета» и вытеснит ли ИИ живых людей Сетевые дементоры: что такое теория «мертвого интернета» и вытеснит ли ИИ живых людей

Какие риски для современного мира представляет GPT-контент?

Forbes
#Ялюблюсвоюработу #Ялюблюсвоюработу

Певица Валерия недавно отметила юбилей

OK!
Что такое биполярное аффективное расстройство и как живут люди с таким диагнозом Что такое биполярное аффективное расстройство и как живут люди с таким диагнозом

Что такое БАР, действительно ли он распространен или стал искусственным трендом?

Forbes
Самые классные мужские образы Met Gala прошлых лет Самые классные мужские образы Met Gala прошлых лет

Подборка лучших образов Бала Института костюма

GQ
Заставляйте сердце биться чаще! Заставляйте сердце биться чаще!

Бешеный темп жизни, как это ни парадоксально, обрекает нас на неподвижность

Psychologies
“Донбасс” Сергея Лозницы. О чем фильм, победивший в Каннах “Донбасс” Сергея Лозницы. О чем фильм, победивший в Каннах

Рассказываем, как устроен фильм “Донбасс”

Esquire
Искусство страсти Искусство страсти

The Rake узнал, кто такой Роберто Казамонти

The Rake
Если любовь требует усилий, разве она настоящая? Если любовь требует усилий, разве она настоящая?

Конфликты в отношениях заставляют задуматься, подходим ли мы друг другу

Psychologies
А сколько дашь? А сколько дашь?

Почему нас порой вводит в ступор собственная дата рождения

Cosmopolitan
Что носили мужчины на этой неделе Что носили мужчины на этой неделе

Diddy во всем белом, Дональд Гловер во всем красном

GQ
Алкогений: Фрэнсис Скотт Фицджеральд Алкогений: Фрэнсис Скотт Фицджеральд

Американский писатель Фрэнсис Скотт Фицджеральд — классический пример алкогения

Maxim
Умная плесень, или как на самом деле выглядят инопланетяне? Умная плесень, или как на самом деле выглядят инопланетяне?

Как будут выглядеть пришельцы из космоса

Популярная механика
Чтоб вы так жили Чтоб вы так жили

Аукцион Live like a Rockefeller обещает стать самым прибыльным за всю историю

Robb Report
Смена власти: какой урок извлекла Россия из армянской революции Смена власти: какой урок извлекла Россия из армянской революции

После победы Пашиняна на выборах государству и народу предстоит новый этап

Forbes
Lifan X70 Lifan X70

Lifan X70. Китайский заменитель

АвтоМир
Прекрасная пятерка. Женщины в рейтинге самых влиятельных людей мира по версии Forbes Прекрасная пятерка. Женщины в рейтинге самых влиятельных людей мира по версии Forbes

Кто из женщин вошел в список самых могущественных людей мира

Forbes
Какими будут новые iPhone? Какими будут новые iPhone?

Мы собрали самые свежие подробности о новых iPhone

CHIP
10 уроков «умного» фриланса 10 уроков «умного» фриланса

Как уйти из офиса и не пожалеть впоследствии

Cosmopolitan
Тренинг под парусами: как нас меняет путешествие на яхте? Тренинг под парусами: как нас меняет путешествие на яхте?

В последнее время  популярность приобретают тренинги по тимбилдингу на яхтах

Psychologies
Россия для бедных. Почему в стране исчезает средний класс Россия для бедных. Почему в стране исчезает средний класс

Доля среднего класса в России сокращается

Forbes
Идея! Идея!

Летать без толпы, троллить туристов и приготовить авангардные духи

Maxim
Жена дьявола: как сложились судьбы первых леди Третьего рейха Жена дьявола: как сложились судьбы первых леди Третьего рейха

Эти женщины искренне любили своих мужей и верили в нацистскую идеологию

Cosmopolitan
Василий Зайцев: неизвестная история легендарного снайпера Василий Зайцев: неизвестная история легендарного снайпера

Кем был в реальности знаменитый русский снайпер

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

Что отличает тех, кто спорит правильно

Psychologies
Вдруг подул северный ветер Вдруг подул северный ветер

Зачем российские учителя едут работать в Таджикистан?

Русский репортер
Мамина школа Мамина школа

Липа Тетерич умеет работать с детьми и делает это профессионально

OK!
«Молод душой»: 8 секретов вечной юности «Молод душой»: 8 секретов вечной юности

Физическое старение — естественный процесс, духовное — вопрос выбора

Psychologies
Открыть в приложении