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

Комедии, фильмы из детства и «Властелин колец»: как вылечить весеннюю апатию с помощью кино Комедии, фильмы из детства и «Властелин колец»: как вылечить весеннюю апатию с помощью кино

Как хорошее кино может помочь справиться с плохим настроением?

Популярная механика
Одиночество, которое лечит Одиночество, которое лечит

Что такого важного с нами происходит, когда мы остаемся наедине с собой

Psychologies
Komatsu показала лунный экскаватор и подводный бульдозер Komatsu показала лунный экскаватор и подводный бульдозер

Подводный электрический робобульдозер и макет лунного беспилотного экскаватора

N+1
Максим Диденко и Дмитрий Глуховский — о спектакле “Текст” и зависимости от технологий Максим Диденко и Дмитрий Глуховский — о спектакле “Текст” и зависимости от технологий

Esquire поговорил с Диденко и Глуховским о предстоящей премьере

Esquire
Конкурс страшных рассказов: Конкурс страшных рассказов:

Рассказ о семье, смерти и пчёлах: как девочка стала королевой одной ячейки

VOICE
Есть тюнинг? Обвинят в ДТП! Есть тюнинг? Обвинят в ДТП!

Какие доработки автомобиля разрешены без согласования с ГИБДД

АвтоМир
Каково это – быть мэром Москвы Каково это – быть мэром Москвы

Размышления московского градоначальника Сергея Собянина

Esquire
Виктория Бекхэм дает советы по садоводству Виктория Бекхэм дает советы по садоводству

Как вырастить розовый сад вашей мечты

Vogue
Прекрасная Поляна Прекрасная Поляна

Трое героев номера в Красной Поляне и Розе Xутор

Seasons of life
Последние бои Второй Мировой: Берлин, Бреслау, Прага Последние бои Второй Мировой: Берлин, Бреслау, Прага

На 2 мая 1945 года вермахт еще располагал многочисленными группировками

Популярная механика
Охота и собирательство Охота и собирательство

Московская квартира по дизайну Дмитрия и Татьяны Хорошевых

AD
Прощай, эмпатия Прощай, эмпатия

Почему дети перестали понимать чувства друг друга

СНОБ
Смарт-платье, удлиненные шорты и еще 3 вещи, без которых летом-2018 никуда Смарт-платье, удлиненные шорты и еще 3 вещи, без которых летом-2018 никуда

Список вещей на лето-2018 озвучивает стилист и тренер по стилю Роман Медный

Cosmopolitan
«Холодные» родители и их взрослые дети «Холодные» родители и их взрослые дети

О проблемах, с которыми сталкиваются недолюбленные дети

Psychologies
Берлин: гид на выходные Берлин: гид на выходные

Берлин – лоскутное одеяло на карте Германии

Esquire
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
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
Дональд Гловер не носит галстук, и он самый стильный мужчина 2018-го (да, уже) Дональд Гловер не носит галстук, и он самый стильный мужчина 2018-го (да, уже)

В Америке сейчас два важных Дональда. Статья о том, который нравится нам больше

GQ
Во что играем? Во что играем?

Во что играют ваши дети?

Psychologies
Как вырастить из хрупкой девочки сильную женщину? Как вырастить из хрупкой девочки сильную женщину?

Как помочь дочери вырасти сильной и  самостоятельной женщиной

Psychologies
Гиперкары небесные. Изучаем феномен сверхбыстрых автомобилей Гиперкары небесные. Изучаем феномен сверхбыстрых автомобилей

Как и почему появились машины, для которых слова «суперкар» явно недостаточно?

Maxim
Цигун как духовная и энергетическая практика: техника безопасности Цигун как духовная и энергетическая практика: техника безопасности

Что будет, если начать практику цигун с дыхания?

Psychologies
«Молод душой»: 8 секретов вечной юности «Молод душой»: 8 секретов вечной юности

Физическое старение — естественный процесс, духовное — вопрос выбора

Psychologies
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
Квартиры из воздуха. Почему слова Путина о массовом строительстве жилья останутся утопией Квартиры из воздуха. Почему слова Путина о массовом строительстве жилья останутся утопией

Как застройщики будут строить дальше в новых реалиях?

Forbes
Гений простоты Гений простоты

Lada 4x4 и Chevrolet Niva. Два легендарных и доступных российских внедорожника

АвтоМир
5 правил успешных переговоров 5 правил успешных переговоров

Рассказывает Екатерина Стародубцева, совладельца рекрутингового агентства

Psychologies
Если любовь требует усилий, разве она настоящая? Если любовь требует усилий, разве она настоящая?

Конфликты в отношениях заставляют задуматься, подходим ли мы друг другу

Psychologies
Готовим тело к лету Готовим тело к лету

Самые эффективные упражнения на все группы мышц

Домашний Очаг
Глава из книги «Большой роман о математике» Глава из книги «Большой роман о математике»

Как в математику вошло понятие пустоты – «ноль»

Популярная механика
Открыть в приложении