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

Цепь переменного токена: почему NFT считают фикцией, но все равно покупают Цепь переменного токена: почему NFT считают фикцией, но все равно покупают

Имеет ли владелец NFT исключительные права на произведения искусства?

Популярная механика
10 уроков «умного» фриланса 10 уроков «умного» фриланса

Как уйти из офиса и не пожалеть впоследствии

Cosmopolitan
Как составлять промты для нейросети — «учим» ИИ работать по правилам Как составлять промты для нейросети — «учим» ИИ работать по правилам

Как объяснить ИИ, как действовать правильно, а не пускать все на самотек

CHIP
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
Лекарство от уныния: как философия помогает бороться с тревогой и внутренней пустотой Лекарство от уныния: как философия помогает бороться с тревогой и внутренней пустотой

Почему в мире бесконечных возможностей мы все чаще чувствуем тревогу, пустоту?

Forbes
Что будет, когда вы оставите ненавистный офис Что будет, когда вы оставите ненавистный офис

Как делать то, что нравится, если привычный алгоритм — насилие над собой?

Psychologies
Жидкий кристалл Жидкий кристалл

Дом в Венеции по проекту архитектурного бюро Parisotto + Formenton

AD
Экотуризм в Армении Экотуризм в Армении

Почувствовать себя экотуристом в Армении проще, чем где-либо

Psychologies
«Срочно. Я арестован». В Испании по запросу России задержали  Уильяма Браудера «Срочно. Я арестован». В Испании по запросу России задержали  Уильяма Браудера

Основатель фонда Hermitage Capital написал, что его везут полицейский участок

Forbes
Операция «Багратион»: блицкриг на запад Операция «Багратион»: блицкриг на запад

Как выглядела линия фронта на западном направлении весной 1944-го

Популярная механика
От A до Z От A до Z

Алессандро Сартори меняет привычные представления о модной мужской одежде

The Rake
Рецензия на фильм Кирилла Серебренникова Рецензия на фильм Кирилла Серебренникова

В Каннах показали прекрасный музыкальный байопик

Esquire
Строгость без насилия Строгость без насилия

Вопросы воспитания волнуют каждого родителя

Psychologies
Субмарина-истребитель проекта 705 Субмарина-истребитель проекта 705

Чем же на самом деле был проект 705

Популярная механика
Александр Цыпкин: диалоги о любви, успехе и «чисто питерской теме» Александр Цыпкин: диалоги о любви, успехе и «чисто питерской теме»

Александр Цыпкин относится к успехам достаточно легкомысленно

Psychologies
Лучшие половины Лучшие половины

Спутницам великих художников суждено разделить их судьбу и после смерти

Robb Report
Алла Пугачева, Глюк’oZa и другие звезды, которые сами сделали предложения мужьям Алла Пугачева, Глюк’oZa и другие звезды, которые сами сделали предложения мужьям

Мы вспомнили, кто из звезд делал предложение своим мужчинам

Cosmopolitan
От От

Признайся, хотя бы пару раз в жизни ты вдохновлялась образом любимой киногероини

Cosmopolitan
Гарри женился на Меган: кто все эти люди? Гарри женился на Меган: кто все эти люди?

Короткий гид про какую-то британскую свадьбу о которой все почему-то говорят

Maxim
Дэн победы Дэн победы

Стараниями Gucci заново открылось легендарное ателье Дэппера Дэна в Гарлеме

The Rake
«Это самый слабый состав нашей национальной команды!». Виктор Гусев о футболе и киберспорте «Это самый слабый состав нашей национальной команды!». Виктор Гусев о футболе и киберспорте

Виктор Гусев теперь не только спортивный, но и киберспортивный комментатор

Maxim
Орден Святого Олафа Орден Святого Олафа

Орден Святого Олафа — высшее отличие в наградной системе Норвегии

Дилетант
Классный звук в новом альбоме Jack White и другие музыкальные новинки месяца Классный звук в новом альбоме Jack White и другие музыкальные новинки месяца

Музыкальные новинки месяца

Maxim
Флоранс Илли-Хворостовская: «Дима снится мне каждую ночь» Флоранс Илли-Хворостовская: «Дима снится мне каждую ночь»

Интервью с главной женщиной певца Дмитрия Хворостовского

StarHit
На двух стульях На двух стульях

Интерьерные решения от известных фэшн-брендов

Robb Report
Прекрасная Поляна Прекрасная Поляна

Трое героев номера в Красной Поляне и Розе Xутор

Seasons of life
Иду на рекорд! Иду на рекорд!

Как привить ребенку любовь к спорту

Лиза
Убить или не убить — вот в чем вопрос Убить или не убить — вот в чем вопрос

Постановка РАМТа «Последние дни», где исследуется природа власти в России

СНОБ
Отдых по следам любимых писателей Отдых по следам любимых писателей

Летний отпуск – как обязательный ритуал, как воскресный ужин с друзьями

Esquire
5 признаков эмоционально нестабильного мужчины, который разобьет вам сердце 5 признаков эмоционально нестабильного мужчины, который разобьет вам сердце

Стоит ли связывать жизнь с человеком, не способным создать крепкие отношения

Psychologies
Открыть в приложении