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

Накликали беду: как правильно применять AI в работе с небольшим количеством данных Накликали беду: как правильно применять AI в работе с небольшим количеством данных

Самые известные AI-модели, такие как GPT-3, обучены на гигантских датасетах

Популярная механика
Выходцы из компании Ликсутова оказались бенефициарами оператора Wi-Fi в метро Выходцы из компании Ликсутова оказались бенефициарами оператора Wi-Fi в метро

В числе бенефициаров компании «МаксимаТелеком» есть люди, связанные с вице-мэром

РБК
5 неожиданных технологий, которые изменили 3D-графику 5 неожиданных технологий, которые изменили 3D-графику

Какие технологии стояли у истоков современной 3D-графики

ТехИнсайдер
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
10 самых засмотренных до дыр мультфильмов разных поколений 10 самых засмотренных до дыр мультфильмов разных поколений

Самые засмотренные мультфильмы за все время, разбитые по десятилетиям

Maxim
Самые дикие и смешные ошибки в Тотальном диктанте-2018! Самые дикие и смешные ошибки в Тотальном диктанте-2018!

«Окуренные домики» и другие милые нелепости, встреченные в текстах

Maxim
100 фактов о Шерлоке Холмсе! 100 фактов о Шерлоке Холмсе!

Редакционное расследование привело к обнаружению 100 улик в деле Шерлока Холмса

Maxim
Дело о Боинге. Как мог бы выглядеть суд над Россией за сбитый малазийский лайнер Дело о Боинге. Как мог бы выглядеть суд над Россией за сбитый малазийский лайнер

Дело о крушении малазийского «Боинга» на востоке Украины в 2014 году

СНОБ
Животные, которые жертвуют жизнью ради секса Животные, которые жертвуют жизнью ради секса

Эти животные всю жизнь ждут возможности оставить потомство, после чего умирают

Популярная механика
Между благоверной и закадычным Между благоверной и закадычным

Эта статья прокачает твое умение в общении с самыми важными людьми

Maxim
Вылечить женский алкоголизм: истории тех, у кого получилось Вылечить женский алкоголизм: истории тех, у кого получилось

Психолог Юрий Сорокин написал книгу о том, что мы привыкли считать табу

СНОБ
Куплю-продам: редактор Cosmo тестирует сервис доставки Avito Куплю-продам: редактор Cosmo тестирует сервис доставки Avito

С новой услугой доставки покупать и продавать вещи стало еще проще и безопаснее

Cosmopolitan
8 эффективных способов вырастить лидера 8 эффективных способов вырастить лидера

Как сформировать у детей навыки, необходимые в мире высокой конкуренции?

Psychologies
Форма еды Форма еды

О том, что такое гормональное питание и чем оно полезно

Добрые советы
Поездили, и хватит. Инфляция и дорогой бензин убьют автомобильный рынок Поездили, и хватит. Инфляция и дорогой бензин убьют автомобильный рынок

Российский авторынок все еще растет, однако развиваются и безрадостные процессы

Forbes
Рыбаки-подводники: подводные дроны Рыбаки-подводники: подводные дроны

Первые серийные подводные дроны PowerRay

Популярная механика
Овощная артиллерия: как построить картофельную пушку Овощная артиллерия: как построить картофельную пушку

Мы построили картофельную пушку, и она работает!

Популярная механика
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
Парфкуратор Парфкуратор

Фредерик Маль об искусстве, коллекционировании и кризисе нишевой парфюмерии

The Rake
Легко ли родителям отпустить ребенка учиться за границу? Легко ли родителям отпустить ребенка учиться за границу?

Личный опыт колумниста о детях за границей

Psychologies
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
10 автомобилей из Прибалтики 10 автомобилей из Прибалтики

Какие автомобили из Прибалтики, кроме латвийского РАФа, вы знаете?

Популярная механика
Премия RU.TV: самые странные образы звезд церемонии за все годы Премия RU.TV: самые странные образы звезд церемонии за все годы

Самые странные образы звезд за всю историю премии RU.TV

Cosmopolitan
Лучшие шутки дня и Челябинск! Лучшие шутки дня и Челябинск!

Предзащитный дайджест авторского юмора с авторской орфографией

Maxim
Просто забей Просто забей

Альтернатива классической игре — попинать горящий мяч или поплескаться в болоте

GQ
Мир завтрашнего дня Мир завтрашнего дня

Дизайн – это вовсе не то, как выглядит какой-то предмет

Популярная механика
Совсем как унитаз: отечественные звезды с самыми белоснежными зубами Совсем как унитаз: отечественные звезды с самыми белоснежными зубами

Кто из представителей шоу-бизнеса не знает меры и «сверкает» зубами ярче унитаза

Cosmopolitan
Яндекс. Эксперименты Яндекс. Эксперименты

Как поисковик превратился в экосистему

Forbes
Горячая Джей Ло и Мила Кунис в новом образе на Billboard Music Awards 2018 Горячая Джей Ло и Мила Кунис в новом образе на Billboard Music Awards 2018

Церемония вручения одной из крупнейших музыкальных наград США

Cosmopolitan
Между нами, Защитники Отечества Между нами, Защитники Отечества

К чемпионату мира 2018 года мы сосчитали деньги российского футбола

Tatler
Открыть в приложении