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

8 рекомендаций, которые помогут контролировать уровень сахара в крови 8 рекомендаций, которые помогут контролировать уровень сахара в крови

Если вы заботитесь о своем здоровье, важно контролировать уровень сахара в крови

Популярная механика
Вдруг подул северный ветер Вдруг подул северный ветер

Зачем российские учителя едут работать в Таджикистан?

Русский репортер
Разработана система безопасности при проведении шоу с тысячами дронов Разработана система безопасности при проведении шоу с тысячами дронов

Как метод обучения «стай» дронов сможет гарантировать их безопасную работу

ТехИнсайдер
На Лазурном Берегу На Лазурном Берегу

Апартаменты в стиле ар-деко в Ницце

SALON-Interior
Российский фармрынок переходит на дженерики: как изменится лекарственное обеспечение Российский фармрынок переходит на дженерики: как изменится лекарственное обеспечение

Дженерики становятся ключевым драйвером роста фармацевтического рынка

Inc.
Toyota Camry. Современная архитектура Toyota Camry. Современная архитектура

Toyota Camry примерил новую платформу и существенно изменил ездовой характер

АвтоМир
Письмо моему первенцу: не бойся ошибаться Письмо моему первенцу: не бойся ошибаться

Невероятно трогательное письмо, которое мать написала 9-летнему сыну

Psychologies
«О красоте»: отрывок из раннего романа британской писательницы Зэди Смит «О красоте»: отрывок из раннего романа британской писательницы Зэди Смит

Издана книга Зэди Смит «Время свинга» на русском языке

Esquire
Самое место Самое место

Мини-гид для начинающих путешественников

Добрые советы
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
Крутое пике: почему в России обрушился рынок бизнес-авиации Крутое пике: почему в России обрушился рынок бизнес-авиации

Сегмент авиарейсов на заказ еще не адаптировался к новой экономической ситуации

Forbes
Банкир со вкусом: почему Андрей Вдовин потерял бизнес Банкир со вкусом: почему Андрей Вдовин потерял бизнес

Forbes поговорил с бывшим совладельцем Азиатско-тихоокеанского банка

Forbes
Что говорили немецкие военачальники о советских танках? Что говорили немецкие военачальники о советских танках?

Какими видели и как оценивали советские танки немецкие военачальники

Популярная механика
Связаны корнями Связаны корнями

Хореограф и xудожник возвращают людей к жизни через искусство

Seasons of life
Солнце – друг или... Солнце – друг или...

Косметика с SPF помогает наслаждаться солнцем и не бояться обгореть

Лиза
Одна победа Одна победа

Наталья Водянова и лидеры российской, бразильской и немецкой сборных

Vogue
Одиночество, которое лечит Одиночество, которое лечит

Что такого важного с нами происходит, когда мы остаемся наедине с собой

Psychologies
10 Instagram-аккаунтов, которые помогут тебе полюбить себя 10 Instagram-аккаунтов, которые помогут тебе полюбить себя

Подборка вдохновляющих аккаунтов. Подписывайся и наслаждайся!

Cosmopolitan
«Я знаю, бойцы меня где-то ждут» «Я знаю, бойцы меня где-то ждут»

Накануне празднования Дня Победы многие задумываются о своих родственниках

Psychologies
Меньше килограмма, 15,6 дюймов: новый ноутбук от Acer Меньше килограмма, 15,6 дюймов: новый ноутбук от Acer

Зарекомендовавшая себя серия Swift 3 получит пополнение

CHIP
25 идей для лета 25 идей для лета

Планы, которые стоит воплотить в жизнь в летний период

Домашний Очаг
Girls in Vogue: Ирэн и Лидия Форте Girls in Vogue: Ирэн и Лидия Форте

Наследницы сети отелей Rocco Forte рассказали Vogue о своих отношениях с модой

Vogue
This is America: символы и отсылки в нашумевшем клипе Дональда Гловера This is America: символы и отсылки в нашумевшем клипе Дональда Гловера

5 мая рэпер Childish Gambino выпустил клип на новый трек This Is America

Esquire
«Кадиллак», который ездит сам по себе «Кадиллак», который ездит сам по себе

Полностью автономные автомобили – это неизбежное будущее

Популярная механика
Встреча с землей: как сажают самолёты Встреча с землей: как сажают самолёты

Чем ближе земля, тем меньше шансов среагировать на ЧП. Посадка – другое дело

Популярная механика
Антон Шастун: «Я просто моложе и свежее этих трёх стариков!» Антон Шастун: «Я просто моложе и свежее этих трёх стариков!»

Мы встретились с самым популярным участником шоу «Импровизация» на ТНТ

Maxim
Шато в Шаранте Шато в Шаранте

Что значит владеть замком в XXI веке?

Seasons of life
Щедрая душа Щедрая душа

Близкие актера Александра Абдулова поделились воспоминаниями о друге

StarHit
Заскучал? 9 лайфхаков, чтобы скрасить рабочие будни Заскучал? 9 лайфхаков, чтобы скрасить рабочие будни

Девять милых и невинных способов немного скрасить серые рабочие будни

Playboy
Взлет и падение (и госпитализация) Майка Хьюза Взлет и падение (и госпитализация) Майка Хьюза

Американец Майкл Хьюз построил в гараже ракету

Maxim
Открыть в приложении