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

Что делать, если у кошки или собаки блохи: вот как от них избавиться Что делать, если у кошки или собаки блохи: вот как от них избавиться

Как заметить блох на питомце и что с ними делать?

Популярная механика
7 программ, которые тебе надо удалить с компьютера прямо сейчас… 7 программ, которые тебе надо удалить с компьютера прямо сейчас…

...и использовать вместо них сильнодействующие заменители

Maxim
Это я беру на себя: почему бизнес все чаще размещает IT-решения на своих серверах Это я беру на себя: почему бизнес все чаще размещает IT-решения на своих серверах

Почему бизнес предпочитает развивать свою IT-инфраструктуру?

Forbes
Девочка без отца: как построить счастливую личную жизнь Девочка без отца: как построить счастливую личную жизнь

Что делать женщинам, выросшим без любящих отцов

Psychologies
Мы выбираем друг друга не случайно Мы выбираем друг друга не случайно

Выбор партнера предопределен всем предшествующим ходом нашей жизни

Psychologies
Узор на всю жизнь: 10 главных стилей современных татуировок Узор на всю жизнь: 10 главных стилей современных татуировок

Всё, что ты хотел знать о татуировках

Maxim
Просто добавь аксессуар: 6 вещей, которые помогут создать вау-образ Просто добавь аксессуар: 6 вещей, которые помогут создать вау-образ

Какие элементы превратят практически любой комплект в настоящее фэшн-заявление

Cosmopolitan
Мужское мнение: зачем нужны старомодные ухаживания Мужское мнение: зачем нужны старомодные ухаживания

Умение красиво ухаживать играет мужчинам на руку

Psychologies
«Терминатор» с «Кинжалом»: какая техника участвует в Параде Победы «Терминатор» с «Кинжалом»: какая техника участвует в Параде Победы

Какие новинки военной техники можно увидеть на Красной площади 9 мая?

Forbes
Дочка, дочка, запятая Дочка, дочка, запятая

Светлана Захарова о том, каково это — родить еще одного ребенка после сорока

Tatler
Рыбаки-подводники: подводные дроны Рыбаки-подводники: подводные дроны

Первые серийные подводные дроны PowerRay

Популярная механика
Максим Скулачев: «Похоже, что мы взломали механизм старения!» Максим Скулачев: «Похоже, что мы взломали механизм старения!»

О том, когда настанет вечная молодость, биохимик Максим Скулачев

Maxim
Джон Сноу 2.0: самые смешные шутки и мемы про «воскресшего» Бабченко Джон Сноу 2.0: самые смешные шутки и мемы про «воскресшего» Бабченко

Журналист Аркадий Бабченко оказался жив!

Playboy
За миллиард лет до 8 марта: Какие праздники женщины придумали для себя и отмечали тайком от мужчин За миллиард лет до 8 марта: Какие праздники женщины придумали для себя и отмечали тайком от мужчин

Праздники для девочек, в честь девочек и с участием девочек

Maxim
Рианна, Ким Кардашьян и другие звезды поздравили родных с Днем матери Рианна, Ким Кардашьян и другие звезды поздравили родных с Днем матери

Зарубежные и российские знаменитости поздравили мам в социальных сетях

Cosmopolitan
Лучшие шутки об инсценировке убийства Аркадия Бабченко! Лучшие шутки об инсценировке убийства Аркадия Бабченко!

Сравнения ожившего Бабченко со всеми бессмертными персонажами в культуре

Maxim
10 признаков, что вы встретили родственную душу 10 признаков, что вы встретили родственную душу

Что мы имеем в виду, когда говорим о «второй половинке»

Psychologies
Падение цен: стоит ли брать ипотеку в ближайшее время Падение цен: стоит ли брать ипотеку в ближайшее время

Эра долевого строительства заканчивается

Forbes
Почему Столыпин не смог спасти империю от краха? Почему Столыпин не смог спасти империю от краха?

Великий реформатор взвалил на себя ответственность за необходимые преобразования

Дилетант
Танцующая в темноте Танцующая в темноте

Модель Бреанна Бокс записывает дебютный альбом и снимает первый фильм

Vogue
Гениально! 4 способа накрасить ресницы одной тушью для разного эффекта в макияже Гениально! 4 способа накрасить ресницы одной тушью для разного эффекта в макияже

А ты знала, что щеточкой туши можно манипулировать, создавая разные образы?

Cosmopolitan
«Как я вышел из ступора» «Как я вышел из ступора»

Своей историей делится психолог

Psychologies
Психодрама: каждый может найти свою звезду Психодрама: каждый может найти свою звезду

Все об участии в Конференции психодрамы

Psychologies
Девочка с севера Девочка с севера

Актриса Светлана Устинова нежится в постели, вспоминая детство у моря

Esquire
Миллиардер Олег Тиньков рассказал Владимиру Познеру о смерти, мазохизме и бизнесе Миллиардер Олег Тиньков рассказал Владимиру Познеру о смерти, мазохизме и бизнесе

Банкир и миллиардер считает, что смерть — лучшее изобретение Бога

Forbes
Лучшие шутки дня и крещёный еврей! Лучшие шутки дня и крещёный еврей!

Нефритовый дайджест авторского юмора с авторской орфографией

Maxim
Girls in Vogue: Ира и Катя Петелины Girls in Vogue: Ира и Катя Петелины

Модели, которые готовятся к выпускному, рассказали Vogue о своих мечтах и музах

Vogue
Женщины-русалки: корейские ныряльщицы хэнё и их тяжелая работа Женщины-русалки: корейские ныряльщицы хэнё и их тяжелая работа

Южнокорейский остров Чеджу знаменит своим необычным промыслом

Cosmopolitan
Какими будут новые iPhone? Какими будут новые iPhone?

Мы собрали самые свежие подробности о новых iPhone

CHIP
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
Открыть в приложении