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

Еще три вкусных продукта, которые помогут сжечь лишний жир Еще три вкусных продукта, которые помогут сжечь лишний жир

Здоровая и вкусная пища, которая способствует избавлению от лишнего веса

Популярная механика
Ловушка для покупателя. Почему современные вещи не могут служить вечно Ловушка для покупателя. Почему современные вещи не могут служить вечно

Товары — это расходный материал в большой игре производителей

Forbes
Зачем закрывать приложения на смартфоне: борьба с цифровыми вампирами Зачем закрывать приложения на смартфоне: борьба с цифровыми вампирами

Вы когда-нибудь замечали, что ваш смартфон внезапно начинает нагреваться?

ТехИнсайдер
«Дэдпул 2»: на 50 оттенков краснее «Дэдпул 2»: на 50 оттенков краснее

Кем был и кем стал Дэдпул?

Playboy
«Хаббл» увидел пару из белого карлика и голубого бродяги «Хаббл» увидел пару из белого карлика и голубого бродяги

«Хаббл» подтвердил рождение голубого бродяги от пары с белым карликом

N+1
Moby с новым альбомом и другая важная музыка месяца Moby с новым альбомом и другая важная музыка месяца

Музыкальные новинки месяца

Maxim
«Пусть подавятся»: что миллиардеры говорят о санкциях «Пусть подавятся»: что миллиардеры говорят о санкциях

Нужно просто понять, что санкции введены навсегда и забыть про них

Forbes
Гость из будущего Гость из будущего

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

Glamour
В контакте В контакте

Как найти точки соприкосновения между подростками и родителями

Добрые советы
#НЕПРОВОЙНУ: про мирное небо и стиль милитари #НЕПРОВОЙНУ: про мирное небо и стиль милитари

Арина Яганова пошла на самую мирную из военных выставок

Cosmopolitan
Метрология: как появилась система СИ Метрология: как появилась система СИ

Практика измерений почти так же стара, как человеческая история

Популярная механика
Теснота Теснота

Наблюдаем за реалити-шоу в центре столицы

Esquire
5 показателей адекватности вашей духовной практики 5 показателей адекватности вашей духовной практики

В практиках медитации есть множество плюсов и одновременно — опасных ловушек

Psychologies
Солнце – друг или... Солнце – друг или...

Косметика с SPF помогает наслаждаться солнцем и не бояться обгореть

Лиза
Сколько видеопамяти нужно для игр? Сколько видеопамяти нужно для игр?

Сколько же видеопамяти действительно нужно для игр

CHIP
Дьявол в мелочах Дьявол в мелочах

Как любовная лодка села на мель лайков и комментариев

Glamour
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
Клуб по интересам Клуб по интересам

Квартира на Старом Арбате по проекту Юлии Голавской

AD
Оденься как парижанка! 7 идей для луков во французском стиле 80х с показа Chanel Оденься как парижанка! 7 идей для луков во французском стиле 80х с показа Chanel

Смотрим 7 актуальных идей в парижском стиле 80-х с показа Chanel

Cosmopolitan
Константин Хабенский: «Я бегу от равнодушных людей» Константин Хабенский: «Я бегу от равнодушных людей»

В прокате “Собибор” — режиссерский дебют Константина Хабенского

Esquire
Три английских гувернера: интервью с Кейси, Джеком и Фирмином, воспитывающими русских детей Три английских гувернера: интервью с Кейси, Джеком и Фирмином, воспитывающими русских детей

Гувернеры, приехавшие работать в Россию прямиком из Англии

Maxim
Мороз по коже Мороз по коже

Дарья Мороз ломает шаблоны и получает от этого кайф

Vogue
Центробежность Центробежность

Гид по местам Москвы, куда редко ступает нога человека (а зря)

Esquire
Распределение ролей Распределение ролей

Что дает ребенку на разных этапах развития и взросления каждый член семьи

Psychologies
«Кажется, я беременна...» «Кажется, я беременна...»

Ежегодно в России беременеет примерно каждая 20-я девушка в возрасте 15–19 лет

Psychologies
5 признаков эмоционально нестабильного мужчины, который разобьет вам сердце 5 признаков эмоционально нестабильного мужчины, который разобьет вам сердце

Стоит ли связывать жизнь с человеком, не способным создать крепкие отношения

Psychologies
Xiaomi Air 12: клон MacBook — недорого Xiaomi Air 12: клон MacBook — недорого

Вы давно мечтали о MacBook, но у вас не хватает мелочи для покупки?

CHIP
Святое место Святое место

Геройский град в низовьях Волги

Quattroruote
Форма еды Форма еды

О том, что такое гормональное питание и чем оно полезно

Добрые советы
Физкульт-привет: каким видом спорта лучше заниматься разным знакам зодиака Физкульт-привет: каким видом спорта лучше заниматься разным знакам зодиака

Наш гороскоп расскажет, какой вид спорта тебе подходит

Cosmopolitan
Открыть в приложении