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 сделать компост в домашних условиях: простые способы Как сделать компост в домашних условиях: простые способы

Как не тратить деньги на покупку компоста и с пользой утилизировать свои отходы?

Популярная механика
Бунтарский стиль в фильмах «Клуб Завтрак» и «Под кайфом и в смятении» Бунтарский стиль в фильмах «Клуб Завтрак» и «Под кайфом и в смятении»

Весной и летом как никогда хочется хулиганить

Esquire
Вход в провал: какие гаджеты опередили свое время и потерпели неудачу Вход в провал: какие гаджеты опередили свое время и потерпели неудачу

Гаджеты, которые обещали перевернуть нашу жизнь, но в итоге потерпели крах

Forbes
20 лучших обложек журнала Interview Magazine 20 лучших обложек журнала Interview Magazine

Вспоминаем самые лучшие обложки журнала Interview Magazine за всю историю

Esquire
Дама с уликами: как Агата Кристи стала одним из самых продаваемых авторов в истории Дама с уликами: как Агата Кристи стала одним из самых продаваемых авторов в истории

История Агаты Кристи — одной из самых издаваемых и переводимых писательниц

Forbes
#Ялюблюсвоюработу #Ялюблюсвоюработу

Певица Валерия недавно отметила юбилей

OK!
Книга недели: «О чём думают растения» Книга недели: «О чём думают растения»

О книге «О чем думают растения. Постигая устройство природы»

Популярная механика
Лучшие половины Лучшие половины

Спутницам великих художников суждено разделить их судьбу и после смерти

Robb Report
Прочь от проблем Windows Прочь от проблем Windows

Как с легкостью перейти на Ubuntu 18.04 LTS

CHIP
Как оживить скучный доклад. Легко!.. Как оживить скучный доклад. Легко!..

Чтобы твое выступление не подняли на смех, вставь в него несколько шуток

Maxim
8 постельных кино-сцен, которые лучше не повторять в реальной жизни 8 постельных кино-сцен, которые лучше не повторять в реальной жизни

Тот случай, когда сто раз увидеть все-таки лучше, чем один раз попробовать

Maxim
Обязательная программа: что нельзя пропустить на Bosco Fresh Fest Обязательная программа: что нельзя пропустить на Bosco Fresh Fest

Bosco Fresh Fest 18 возвращается в Москву

Cosmopolitan
12 фактов о «Евровидении»! Ты узнаешь о нем больше, чем даже люди, которые его действительно смотрят! 12 фактов о «Евровидении»! Ты узнаешь о нем больше, чем даже люди, которые его действительно смотрят!

Конкурс «Евровидение» впервые был показан в 1956 году

Maxim
Клуб по интересам Клуб по интересам

Квартира на Старом Арбате по проекту Юлии Голавской

AD
От Аль Пачино до Джима Керри: 16 звезд, начинавших карьеру с грязной работы От Аль Пачино до Джима Керри: 16 звезд, начинавших карьеру с грязной работы

Порой кажется, что все звезды Голливуда родились успешными, но это далеко не так

Playboy
В августе на дизайн-заводе «Флакон» пройдет недельный фестиваль Summer Sound В августе на дизайн-заводе «Флакон» пройдет недельный фестиваль Summer Sound

Cерия концертов под открытым небом с 6 по 12 августа на дизайн-заводе «Флакон»

Cosmopolitan
Идея! Идея!

Летать без толпы, троллить туристов и приготовить авангардные духи

Maxim
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
Владимир Гуриев — о русской классике и книгах, перед которыми невозможно устоять Владимир Гуриев — о русской классике и книгах, перед которыми невозможно устоять

Владимир Гуриев рассказывает о страшных литературных впечатлениях детства

Esquire
Страх полетов: 3 совета, как его побороть Страх полетов: 3 совета, как его побороть

Много ли среди нас тех, кто боится летать?

Psychologies
А зори здесь странные... А зори здесь странные...

Мы собрали галерею абсолютно документальных фотографий различной магии

Maxim
Твои, мои и наши: как помочь детям, когда у родителей новые отношения Твои, мои и наши: как помочь детям, когда у родителей новые отношения

Об отношениях между детьми и их родителями в новом браке

Домашний Очаг
Великий пост Великий пост

Журналист Михаил Зыгарь ввел моду на чтение исторических заметок

Vogue
4 причины, по которым вы все еще одиноки 4 причины, по которым вы все еще одиноки

Какие только причины не придумывают женщины, чтобы объяснить свое одиночество

Psychologies
Ничего подобного! 8 мифов о еде, в которые пора перестать верить Ничего подобного! 8 мифов о еде, в которые пора перестать верить

Кто-то когда-то сказал, что питаться нужно правильно

Playboy
Лучшие шутки дня и Челябинск! Лучшие шутки дня и Челябинск!

Предзащитный дайджест авторского юмора с авторской орфографией

Maxim
Целого мира мало Целого мира мало

Человечеству грозит дефицит самых простых минеральных ресурсов

Популярная механика
Geely Atlas. В зоне особого внимания Geely Atlas. В зоне особого внимания

Geely Atlas претендует на звание самого толкового «китайца» в России

АвтоМир
5 книг, которые стоит прочитать этим летом: выбор Билла Гейтса 5 книг, которые стоит прочитать этим летом: выбор Билла Гейтса

Билл Гейтс поделился с читателями своего блога списком литературы на лето

Esquire
В трёх соснах В трёх соснах

Стильный особняк в зелёной зоне на окраине Москвы

SALON-Interior
Открыть в приложении