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

Существуют ли молекулы без химических связей? Существуют ли молекулы без химических связей?

Можно ли построить классическую молекулу без химической связи?

Популярная механика
9 альтернативных концовок известных фильмов! 9 альтернативных концовок известных фильмов!

Самые популярные альтернативные концовки известных фильмов и сериалов

Maxim
От бронирования переговорной до входа в бизнес-зал: где используется биометрия в России От бронирования переговорной до входа в бизнес-зал: где используется биометрия в России

Зачем нужна биометрия и как ее использовать в России

ТехИнсайдер
100 фактов о Шерлоке Холмсе! 100 фактов о Шерлоке Холмсе!

Редакционное расследование привело к обнаружению 100 улик в деле Шерлока Холмса

Maxim
«Эффект кислого винограда»: как неудачи и страх провала мешают нам исполнять мечты «Эффект кислого винограда»: как неудачи и страх провала мешают нам исполнять мечты

Почему мы бессознательно обесцениваем то, что раньше вдохновляло?

Forbes
Встречаем по обложке: 10 приложений для идеального Instagram-аккаунта Встречаем по обложке: 10 приложений для идеального Instagram-аккаунта

Приложения, которые обязательно сделают из тебя звезду Instagram

Cosmopolitan
Страна наличных. Как научить россиян обращаться с деньгами Страна наличных. Как научить россиян обращаться с деньгами

Большинство россиян до сих пор предпочитают расплачиваться наличными

Forbes
Разбойник или герой? Разбойник или герой?

Самый успешный корсар в истории часто шёл на отчаянный риск

Дилетант
Наталия и Андрей Кайдановские. Все кончается, только любовь - никогда Наталия и Андрей Кайдановские. Все кончается, только любовь - никогда

Жена и сын Александра Кайдановского

Караван историй
Иван Ургант Иван Ургант

Правила жизни телеведущего и актера Ивана Урганта

Esquire
Секрет счастливого брака: перестаньте приспосабливаться Секрет счастливого брака: перестаньте приспосабливаться

Можно ли быть счастливой, отказавшись от себя и своих желаний?

Psychologies
Брутальность не пострадает: 4 маски для лица, которые можно сделать дома Брутальность не пострадает: 4 маски для лица, которые можно сделать дома

Если супергероям можно носить маски, то почему обычным мужчинам нельзя?

Playboy
Между нами, Защитники Отечества Между нами, Защитники Отечества

К чемпионату мира 2018 года мы сосчитали деньги российского футбола

Tatler
Учёные выяснили, откуда взялось пылевое облако вокруг Луны Учёные выяснили, откуда взялось пылевое облако вокруг Луны

Откуда берется плазменно-пылевое облако, окружающее Луну

Популярная механика
Босс, я иду на свидание!.. Босс, я иду на свидание!..

Как найти спутника жизни, если ты все время проводишь на работе

Лиза
Мария Погребняк — строгая мама и послушная жена: откровенное интервью о семье Мария Погребняк — строгая мама и послушная жена: откровенное интервью о семье

Мария Погребняк рассказала об отношениях со свекровью и своей любви

Cosmopolitan
Туз в рукаве. Что будет с ценами на нефть после разрыва ядерной сделки с Ираном Туз в рукаве. Что будет с ценами на нефть после разрыва ядерной сделки с Ираном

Что будет, если США разорвут ядерное соглашение с Ираном

Forbes
Последний бой Последний бой

Ветеранов, подаривших нам мирное небо над головой, осталось совсем немного

StarHit
10 нестандартных способов улучшить общение, о которых вы никогда не слышали 10 нестандартных способов улучшить общение, о которых вы никогда не слышали

Что можно сделать, чтобы людям было приятно с нами общаться

Cosmopolitan
Виды на будущее Виды на будущее

Владимир Раевский соединяет столетия, разглядывая почтовые карточки

Esquire
Монумент истины Монумент истины

Писатель Алексей Иванов — о том, почему политики возводят себе памятники

GQ
Политика разрушений: разрыв ядерной сделки с Ираном обвалит цены на нефть Политика разрушений: разрыв ядерной сделки с Ираном обвалит цены на нефть

Котировки сырья в долгосрочной перспективе могут рухнуть по сценарию 2016 года

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

Зачем России нужна такая ракета

Forbes
Ольга Бузова: «Мальчик в памперсах мне больше не нужен» Ольга Бузова: «Мальчик в памперсах мне больше не нужен»

Интервью с Ольгой Бузовой

StarHit
Профессиональные шахматисты живут дольше обычных людей: исследование Профессиональные шахматисты живут дольше обычных людей: исследование

Открытие австралийских ученых

Популярная механика
Кирилл Капризов: «Я похож на Юру Шатунова из «Ласкового мая»? Да ладно, хорош!» (видео) Кирилл Капризов: «Я похож на Юру Шатунова из «Ласкового мая»? Да ладно, хорош!» (видео)

Хоккеист сборной Кирилл Капризов дал интервью MAXIM на чемпионате мира

Maxim
Город в движении Город в движении

Самара хочет сохранить память о прошлом и бежать в ногу с ускользающим временем

Quattroruote
Народ против: как жители Армении не испугались властей и довели протест до победы Народ против: как жители Армении не испугались властей и довели протест до победы

Президент Армении Серж Саргсян уступил протестующим и подал в отставку

Forbes
Менять ли фамилию, выходя замуж: 9 моментов, которые стоит обдумать Менять ли фамилию, выходя замуж: 9 моментов, которые стоит обдумать

Сегодня никто не осудит, если вы оставите себе девичью фамилию

Psychologies
Всегда ли люди видели синий цвет? Всегда ли люди видели синий цвет?

По всей видимости, в древние времена люди не могли различать синий цвет

Популярная механика
Открыть в приложении