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

Наука в мире фэнтези: как Брендон Сандерсон создает магические системы Наука в мире фэнтези: как Брендон Сандерсон создает магические системы

Магия и наука – это полные противоположности? Нет!

Популярная механика
Человек, который сдвинул Землю: научная революция Николая Коперника Человек, который сдвинул Землю: научная революция Николая Коперника

Николай Коперник отнял у нашей планеты титул центра мироздания

Популярная механика
Можно ли плавать в Apple Watch: разбираемся в нюансах умных часов компании Можно ли плавать в Apple Watch: разбираемся в нюансах умных часов компании

Можно ли плавать в Apple Watch? Давайте разбираться. Нюансов здесь хватает

ТехИнсайдер
Денег нет. Как Urban Group будет достраивать жилье в Подмосковье Денег нет. Как Urban Group будет достраивать жилье в Подмосковье

Сбербанк свернул свои ипотечные программы на объектах Urban Group

Forbes
Краткая история мысли Краткая история мысли

Трактат по философии для подрастающего поколения

kiozk originals
Гений простоты Гений простоты

Lada 4x4 и Chevrolet Niva. Два легендарных и доступных российских внедорожника

АвтоМир
Снимите это немедленно: 8 легендарных стриптизерш со всего мира Снимите это немедленно: 8 легендарных стриптизерш со всего мира

В каждой сфере эротических танцев есть звезды и легенды

Cosmopolitan
Субмарина-истребитель проекта 705 Субмарина-истребитель проекта 705

Чем же на самом деле был проект 705

Популярная механика
Корея без Путина: чем закончится встреча лидеров КНДР и США Корея без Путина: чем закончится встреча лидеров КНДР и США

Северная Корея боится утратить независимость, отказавшись от ядерного оружия

Forbes
Острова вечной весны Острова вечной весны

Пять основных причин проведать Канарские острова

StarHit
Чистая Амброзио Чистая Амброзио

Бразильская модель, феминистка и активистка Алессандра Амброзио

Tatler
Брат, два Брат, два

Иван и Сергей Березуцкие изобретают новую русскую кухню

РБК
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
Война гигантов: как Apple отсудил у Samsung полмиллиарда долларов Война гигантов: как Apple отсудил у Samsung полмиллиарда долларов

В споре крупных технологических компаний поставлена точка

Forbes
«Правительство лажает очень часто. А родина — никогда» «Правительство лажает очень часто. А родина — никогда»

Лучшие цитаты Юрия Шевчука о политике, войне и рок-н-ролле. Ему сегодня 61!

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

Рассказываем, как устроен фильм “Донбасс”

Esquire
Сериал «Властелин Колец»: все, что о нём известно! Сериал «Властелин Колец»: все, что о нём известно!

В тайне и магии вызревает самый дорогой сериал в истории человечества

Maxim
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
Что беспокоит женщин: мнение психолога Что беспокоит женщин: мнение психолога

Вопросы, которыми женщины задаются чаще всего

Psychologies
Наш мир на самом деле серый! И другие невероятные факты о цвете! Наш мир на самом деле серый! И другие невероятные факты о цвете!

Всё, что каждый обладатель глаз должен знать о художниках и дальтониках

Maxim
Не позволяйте плохим мыслям управлять вашим поведением Не позволяйте плохим мыслям управлять вашим поведением

Как избавиться от негативных мыслей, способных испортить удовольствие от жизни

Psychologies
Приемный сын Вуди Аллена выступил в защиту отца Приемный сын Вуди Аллена выступил в защиту отца

Приемный сын Вуди Аллена выступил в защиту отца, обвиняемого в педофилии

Esquire
Владимир Сурдин: «Интернет из космоса не боится никакого контроля!» Владимир Сурдин: «Интернет из космоса не боится никакого контроля!»

Наш гость — Владимир Сурдин, астроном, доцент физфака МГУ

Maxim
«8 подруг Оушена», «Реинкарнация» и другие главные фильмы июня «8 подруг Оушена», «Реинкарнация» и другие главные фильмы июня

Прочитай наши рецензии и реши, бежать ли тебе в кинотеатр

Maxim
Александр Каплан:Три вопроса Далай-ламе Александр Каплан:Три вопроса Далай-ламе

О сознании, карме и о том, чем буддизм полезен для ученых

СНОБ
10 голландских автомобилей: что вы знаете об этом? 10 голландских автомобилей: что вы знаете об этом?

Самая известная голландская автомобильная марка – это грузовики DAF

Популярная механика
Вот зараза! Самые опасные для путешественников страны и чем там можно заразиться Вот зараза! Самые опасные для путешественников страны и чем там можно заразиться

В каких регионах планеты можно подцепить самые опасные заболевания

Maxim
Ракетный гольф: технологическое безумие Ракетный гольф: технологическое безумие

Американец Даг Фрост умудрился «скрестить» гольф и любительское ракетостроение

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
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
Открыть в приложении