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

Откуда берутся морщины и как предотвратить их появление Откуда берутся морщины и как предотвратить их появление

Простые советы как избежать появление морщин

Популярная механика
Жена дьявола: как сложились судьбы первых леди Третьего рейха Жена дьявола: как сложились судьбы первых леди Третьего рейха

Эти женщины искренне любили своих мужей и верили в нацистскую идеологию

Cosmopolitan
Новый ровер будет добывать воду на Луне, прожигая грунт ракетным двигателем Новый ровер будет добывать воду на Луне, прожигая грунт ракетным двигателем

Masten Space Systems разрабатывает роботизированный вездеход Rocket M

Популярная механика
Ольга Кабо. На перепутье Ольга Кабо. На перепутье

Беседа с актрисой Ольгой Кабо

Караван историй
Краткая история времени Краткая история времени

От Большого взрыва до черных дыр

kiozk originals
Пластик фантастик Пластик фантастик

Как носить пластик и винил так, чтобы при этом выжить

L’Officiel
Жертва санкций: как Трамп разрушил китайского производителя смартфонов Жертва санкций: как Трамп разрушил китайского производителя смартфонов

После санкций Америки китайская компания оказалась на грани разорения

Forbes
Взлет и падение (и госпитализация) Майка Хьюза Взлет и падение (и госпитализация) Майка Хьюза

Американец Майкл Хьюз построил в гараже ракету

Maxim
Косметика с суперфудами: в чем секрет? Косметика с суперфудами: в чем секрет?

Суперфуды – диетические продукты с максимально полезным составом

Psychologies
Мамина школа Мамина школа

Липа Тетерич умеет работать с детьми и делает это профессионально

OK!
Хозяин Тбилиси Хозяин Тбилиси

Бывший игрок «Милана» стал главой Тбилиси

GQ
Самые классные мужские образы Met Gala прошлых лет Самые классные мужские образы Met Gala прошлых лет

Подборка лучших образов Бала Института костюма

GQ
Что такое Солнце и когда оно погаснет Что такое Солнце и когда оно погаснет

Светило, с точки зрения астрономов, вполне банально

Популярная механика
Новосибирский инженер создал инвалидную коляску, управляемую силой мысли Новосибирский инженер создал инвалидную коляску, управляемую силой мысли

Первая в мире система управления инвалидной коляской с помощью мозга

Популярная механика
Экстремальный Боракай Экстремальный Боракай

Филиппинский остров Боракай – это мягкий белый песок, пальмы, бирюзовое море

АвтоМир
5 тысяч км/ч на магнитной подушке. Какими будут поезда будущего 5 тысяч км/ч на магнитной подушке. Какими будут поезда будущего

Будущее железных дорог от Стивена Кинга, Кристофера Приста и других авторов

СНОБ
В контакте В контакте

Как найти точки соприкосновения между подростками и родителями

Добрые советы
8 эффективных способов вырастить лидера 8 эффективных способов вырастить лидера

Как сформировать у детей навыки, необходимые в мире высокой конкуренции?

Psychologies
Волшебник в котловане: как Виталий Мутко изменит рынок недвижимости Волшебник в котловане: как Виталий Мутко изменит рынок недвижимости

Бывший министр спорта Виталий Мутко может в ближайшее время стать вице-премьером

Forbes
Немного огня: стоит ли бороться за уставших сотрудников Немного огня: стоит ли бороться за уставших сотрудников

Даже самая мотивированная команда иногда нуждается отдыхе

Forbes
Приоденься как Джеймс Бонд: новая коллекция KANZLER, вдохновленная бондианой Приоденься как Джеймс Бонд: новая коллекция KANZLER, вдохновленная бондианой

Бренд KANZLER перед выходом 25-го фильма о «007» создал коллекцию для героев

Maxim
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
Город в движении Город в движении

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

Quattroruote
11 серьезных актрис, которые снимались в по-настоящему горячих сценах 11 серьезных актрис, которые снимались в по-настоящему горячих сценах

Актрисы, какими ты их скорее всего еще не видел

Maxim
8 сказок-загадок от Людмилы Петрушевской 8 сказок-загадок от Людмилы Петрушевской

Безумные сказки-загадки, которыми ты сможешь развлечь ребенка

Maxim
Спросите у ясеня Спросите у ясеня

С деревом работают современные дизайнеры и скульпторы

Seasons of life
SEGA Mega Drive Mini SEGA Mega Drive Mini

Детство возвращается. Не ждали?

Игромания
Поиграй со мной. Восемь лучших смартфонов весны Поиграй со мной. Восемь лучших смартфонов весны

Самые интересные смартфоны для геймеров, блогеров и любителей активного отдыха

Forbes
Ипотека для богатых. Зачем обеспеченные люди берут кредиты на жилье Ипотека для богатых. Зачем обеспеченные люди берут кредиты на жилье

Что заставляет обеспеченных людей брать ипотеку на покупку элитной квартиры

Forbes
Как выиграть войну с комарами, не проронив ни капли крови Как выиграть войну с комарами, не проронив ни капли крови

Советы для тех, кто полон решимости сражаться с комарами самостоятельно

Maxim
Открыть в приложении