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 работают современные российские ледоколы Как работают современные российские ледоколы

«кСромные размеры» — последнее, что приходит в голову при виде ледокола

Популярная механика
Уроки самосострадания для «плохих» родителей Уроки самосострадания для «плохих» родителей

Если у вас есть дети, вы наверняка часто корите себя за ошибки в их воспитании

Psychologies
От полезных советов до создания ИИ-жен: как люди используют чат-ботов От полезных советов до создания ИИ-жен: как люди используют чат-ботов

Как люди пользуются персонифицированными чат-ботами?

Inc.
Две судьбы Две судьбы

«Две комнаты» — премьерный спектакль московского «Гоголь-центра»

OK!
Утерянный 5000 лет назад: ученые воскресили древнейший в мире синтетический краситель. Зачем он нужен? Утерянный 5000 лет назад: ученые воскресили древнейший в мире синтетический краситель. Зачем он нужен?

Откуда взялся яркий, насыщенный синий цвет в Древнем Египте

Inc.
«Ночные ведьмы», или «Дунькин полк»: единственный женский полк Второй мировой «Ночные ведьмы», или «Дунькин полк»: единственный женский полк Второй мировой

Среди героев войны было немало женщин

Cosmopolitan
5 книг об оружии 5 книг об оружии

5 книг об оружии через призму развития инженерной мысли и без излишней агрессии

Популярная механика
Язык тела: мифы и факты Язык тела: мифы и факты

Все проявления тела несут в себе скрытый смысл и ни одно не бывает случайным

Psychologies
Дэн победы Дэн победы

Стараниями Gucci заново открылось легендарное ателье Дэппера Дэна в Гарлеме

The Rake

Первый в мире арктический ледокол обошелся Российской империи в крупную сумму

Популярная механика
Самые стильные диктаторы: от Саддама до Фиделя Самые стильные диктаторы: от Саддама до Фиделя

Современные лидеры государств в массе своей слишком правильные

Playboy
Секреты стиля Дэвида Бекхэма Секреты стиля Дэвида Бекхэма

Или как футболист стал послом и почетным президентом Британского модного совета

Esquire
Навстречу природе Навстречу природе

Загородный дом под Сочи

SALON-Interior
Панические атаки. Шанс родиться заново Панические атаки. Шанс родиться заново

Что испытывает человек во время панической атаки, как она меняет его жизнь?

Psychologies
Как эффективно разогнать мозг: советы невролога Как эффективно разогнать мозг: советы невролога

У нас такой же мозг, как у людей, которые придумали теорию струн и баночное пиво

Maxim
Прекрасное далеко: зачем Россия вновь строит сверхтяжелую ракету-носитель Прекрасное далеко: зачем Россия вновь строит сверхтяжелую ракету-носитель

Зачем России нужна такая ракета

Forbes
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
Мода каменных джунглей: 6 трендов, пришедших из городской среды Мода каменных джунглей: 6 трендов, пришедших из городской среды

Что такое урбан-мода

Cosmopolitan
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
Перемены: 7 уроков выживания Перемены: 7 уроков выживания

Можно ли научиться принимать перемены с оптимизмом и надеждой

Psychologies
Тест и обзор телевизора Medion Life X16513: Ultra HD для среднего класса Тест и обзор телевизора Medion Life X16513: Ultra HD для среднего класса

Новый телевизор, прошедший полосу испытаний в нашей тестовой лаборатории

CHIP
Великий пост Великий пост

Журналист Михаил Зыгарь ввел моду на чтение исторических заметок

Vogue
#Ялюблюсвоюработу #Ялюблюсвоюработу

Певица Валерия недавно отметила юбилей

OK!
Переключение на электронику Переключение на электронику

Третье поколение Volkswagen Touareg поступит в продажу летом

АвтоМир
«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
Бунтарский стиль в фильмах «Клуб Завтрак» и «Под кайфом и в смятении» Бунтарский стиль в фильмах «Клуб Завтрак» и «Под кайфом и в смятении»

Весной и летом как никогда хочется хулиганить

Esquire
Эффекс Трибулус Эвалар: стабильная эрекция – уверенность в себе! Эффекс Трибулус Эвалар: стабильная эрекция – уверенность в себе!

Интервью с Виталием Николаевым о мужском здоровье

Maxim
«Мама, я твоя дочь, обрати на меня внимание!» «Мама, я твоя дочь, обрати на меня внимание!»

Ире было 22 года, когда умерла ее старшая сестра Вика

Psychologies
Где провести летние каникулы Где провести летние каникулы

Пароли и явки на белоснежные пляжи Занзибара и Португалии

Vogue
Etro отпразднует 50-летие интерактивной выставкой Etro отпразднует 50-летие интерактивной выставкой

В экспозиции — все то, за что мы любим бренд Etro

Vogue
Открыть в приложении