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 похудеть, не считая калорий: 5 способов контролировать питание Как похудеть, не считая калорий: 5 способов контролировать питание

Важно следить за тем, сколько вы съели. А вы знаете, много вы едите или мало?

Популярная механика
Лев прав Лев прав

Лев Яшин был легендой советского футбола, но однажды он потерял все

GQ
Горе от интеллекта: как хайп вокруг ИИ вредит IT-продуктам Горе от интеллекта: как хайп вокруг ИИ вредит IT-продуктам

В каких случаях ИИ навредит продукту, а в каких — поможет

Forbes
ЧМ 2018. Куда приводят матчи ЧМ 2018. Куда приводят матчи

Гид по городам чемпионата мира по футболу

GQ
Стесняюсь спросить: как распознать болезнь Альцгеймера? Стесняюсь спросить: как распознать болезнь Альцгеймера?

Альцгеймер: как распознать на ранних этапах и встречается ли он у молодых?

Правила жизни
Стала известна программа международного театрального фестиваля Толстой Weekend Стала известна программа международного театрального фестиваля Толстой Weekend

С 9 по 12 июня пройдет международный театральный фестиваль Толстой Weekend

Cosmopolitan
Вес ребенка и роды: чем меньше – тем лучше? Вес ребенка и роды: чем меньше – тем лучше?

Какие существуют критерии нормального веса ребенка при рождении

9 месяцев
Косметика с суперфудами: в чем секрет? Косметика с суперфудами: в чем секрет?

Суперфуды – диетические продукты с максимально полезным составом

Psychologies
8 женщин, которые меня рассмешили 8 женщин, которые меня рассмешили

Эти женщины заставляют улыбаться актрису Эми Шумер

Glamour
Я могу говорить Я могу говорить

Заявить, что ты стал жертвой, никогда не поздно и вовсе не стыдно

Esquire
Цветопредставление: зачем нужны цветные корректоры и как ими пользоваться Цветопредставление: зачем нужны цветные корректоры и как ими пользоваться

Как пользоваться корректорами, чтобы не выглядеть клоуном

Cosmopolitan
Как понять, что вы вышли замуж не за того человека Как понять, что вы вышли замуж не за того человека

Сказки о принцах и принцессах — плохое мерило для семейных отношений

Psychologies
Сати Спивакова: наступило время, когда я могу сделать что-то еще Сати Спивакова: наступило время, когда я могу сделать что-то еще

Интервью с талантливой актрисой и телеведущей Сати Спиваковой

СНОБ
Я знаю пароль Я знаю пароль

Десять самых красивых пар российского кино и шоу-бизнеса

StarHit
Увидеть своими глазами Увидеть своими глазами

Зачем люди со всего мира едут в порты захода кругосветной гонки Volvo Ocean Race

Robb Report
Научный подход к знакомствам Научный подход к знакомствам

О каких принципах и нюансах нужно знать, чтобы найти пару

Psychologies
Сидеть подано Сидеть подано

Стулья как предмет высокого мебельного искусства

Robb Report
Выдающийся профиль Выдающийся профиль

Блогеры и диджитал-гуру рассказывают, как заработать свой первый миллион

Glamour
Человек, который сдвинул Землю: научная революция Николая Коперника Человек, который сдвинул Землю: научная революция Николая Коперника

Николай Коперник отнял у нашей планеты титул центра мироздания

Популярная механика
Большое счастье Большое счастье

Интервью с актрисой Марией Куликовой

Домашний Очаг
Танковый таран – оружие смелых Танковый таран – оружие смелых

Танковый таран – широко распространенный и отработанный тактический прием

Популярная механика
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
Цензура не помеха! 11 самых горячих актрис в советском кино Цензура не помеха! 11 самых горячих актрис в советском кино

Яркие актрисы, героини «с перчинкой» — постоянные гостьи мужских фантазий

Playboy
Почему мы обманываем себя Почему мы обманываем себя

Одна часть нашего мозга может врать другой

Cosmopolitan
Фэн-шуй в саду Фэн-шуй в саду

Преображаем дачный участок

Лиза
За гаражами За гаражами

Свой первый большой юбилей «Гараж» отпразднует трехдневным марафоном

Tatler
Счастливая ферма Счастливая ферма

Дом для семейного отдыха в Тоскане по дизайну Элоди Сир

AD
Связаны корнями Связаны корнями

Хореограф и xудожник возвращают людей к жизни через искусство

Seasons of life
Дэниел Коул «Палач» Дэниел Коул «Палач»

Новый захватывающий триллер от автора бестселлера «Тряпичная кукла»

Playboy
«Любовь победит»: Анна Седокова откровенно рассказала о борьбе за дочь «Любовь победит»: Анна Седокова откровенно рассказала о борьбе за дочь

Бывший муж Анны Седоковой Максим Чернявский хочет забрать у нее дочь

Cosmopolitan
Открыть в приложении