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

Как определить серьезные заболевания по лицу: на эти признаки сразу обращают внимание врачи Как определить серьезные заболевания по лицу: на эти признаки сразу обращают внимание врачи

Отеки, высыпания, краснота на лице — какие болезни сопровождают эти симптомы

Популярная механика
Анна Седокова: «Когда я ухожу, мужчины мстят мне» Анна Седокова: «Когда я ухожу, мужчины мстят мне»

Мама, артистка и бизнесвумен – к 35-ти Анна добилась успеха в разных сферах

StarHit
Гранфлюенсеры: каких российских блогеров старше 50 лет смотрят зумеры и миллениалы Гранфлюенсеры: каких российских блогеров старше 50 лет смотрят зумеры и миллениалы

Возрастные инфлюенсеры, контент которых смотрят зумеры

Forbes
Вместо спорта и диет: Айза и другие звезды, похудевшие благодаря липосакции Вместо спорта и диет: Айза и другие звезды, похудевшие благодаря липосакции

Липосакция – одна из «любимых» процедур знаменитостей

Cosmopolitan
Как сахар влияет на клеточное старение и разрушает коллаген: данные исследований Как сахар влияет на клеточное старение и разрушает коллаген: данные исследований

Почему сахар провоцирует воспаления клеток?

ТехИнсайдер
Как в лучших фильмах Как в лучших фильмах

Актриса и продюсер Рената Пиотровски показала свой любимый курорт Сен-Тропе

OK!
Из тех, кто в море Из тех, кто в море

Нью-йоркский шеф Марио Карбоне составил идеальное рыбное меню

Robb Report
В сторону юга В сторону юга

После XXII зимней Олимпиады Большой Сочи окончательно превратился в город-символ

Quattroruote
2 слова, способных разрушить отношения 2 слова, способных разрушить отношения

Когда партнер нас не замечает, отвергает, мы даем себе клятву: «Больше никогда!»

Psychologies
Что молодые музыканты думают о жизни в России: отвечают Гречка, Что молодые музыканты думают о жизни в России: отвечают Гречка,

Esquire поговорил с молодыми музыкантами о том, как им живется в России

Esquire
Дьявол в мелочах Дьявол в мелочах

Как любовная лодка села на мель лайков и комментариев

Glamour
Лысые брови, жжение в ногах и холодный пенис — о чем тебе пытается сказать твое тело Лысые брови, жжение в ногах и холодный пенис — о чем тебе пытается сказать твое тело

Наше тело подает нам знаки — осталось узнать, что они означают

Maxim
«Мама, я твоя дочь, обрати на меня внимание!» «Мама, я твоя дочь, обрати на меня внимание!»

Ире было 22 года, когда умерла ее старшая сестра Вика

Psychologies
Как помочь пожилым родителям не чувствовать себя одинокими Как помочь пожилым родителям не чувствовать себя одинокими

Одиночество опасно для здоровья

Psychologies
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
10 военных машин, которые можно свободно купить в России 10 военных машин, которые можно свободно купить в России

Какие конверсионные броневики можно свободно купить в наших широтах

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
Объект 279: самый необычный танк, похожий на НЛО Объект 279: самый необычный танк, похожий на НЛО

Боевые машины с нестандартной формой корпуса

Популярная механика
Кануть в лето Кануть в лето

Идеальные отели для открытия купального сезона

Robb Report
Дерзкий выпад Дерзкий выпад

Genesis дешевле своих старших братьев, зато по части драйва даст фору обоим

АвтоМир
Трудно быть принцем Трудно быть принцем

Принц Гарри — отнюдь не хрестоматийный принц из сказки

The Rake
Канны стоят мессы: как Ларса фон Триера пригласили на собственную казнь Канны стоят мессы: как Ларса фон Триера пригласили на собственную казнь

“Дом, который построил Джек” оказался исповедью нежного сердца

Esquire
Легко ли родителям отпустить ребенка учиться за границу? Легко ли родителям отпустить ребенка учиться за границу?

Личный опыт колумниста о детях за границей

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

В прокате “Собибор” — режиссерский дебют Константина Хабенского

Esquire
Лучшие шутки дня и агенты госдепа! Лучшие шутки дня и агенты госдепа!

Ужасающий дайджест авторского юмора с авторской орфографией

Maxim
Меня зовут Хан: «Звездные войны» без Империи и джедаев Меня зовут Хан: «Звездные войны» без Империи и джедаев

На экраны в России выходит фильм «Хан Соло. Звездные войны. Истории»

Playboy
Туз в рукаве. Что будет с ценами на нефть после разрыва ядерной сделки с Ираном Туз в рукаве. Что будет с ценами на нефть после разрыва ядерной сделки с Ираном

Что будет, если США разорвут ядерное соглашение с Ираном

Forbes
Девочка с севера Девочка с севера

Актриса Светлана Устинова нежится в постели, вспоминая детство у моря

Esquire
Юлия Самойлова о «Евровидении»: «Я понимала, что Первый канал меня использует» Юлия Самойлова о «Евровидении»: «Я понимала, что Первый канал меня использует»

Первый случай, когда российский исполнитель не попал в финал Евровидения

Cosmopolitan
Кирпичное сердце Натана Савайи: искусство из кубиков Кирпичное сердце Натана Савайи: искусство из кубиков

К чему может привести одержимость LEGO

Популярная механика
Открыть в приложении