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

Что делать, если у кошки или собаки блохи: вот как от них избавиться Что делать, если у кошки или собаки блохи: вот как от них избавиться

Как заметить блох на питомце и что с ними делать?

Популярная механика
Кратчайшая история наручников: как люди сковывали друг друга Кратчайшая история наручников: как люди сковывали друг друга

С древнейших времен люди пытались ограничить подвижность друг друга

Популярная механика
Искусственный коллега: как российские нейросети трансформировали бизнес и заменят ли людей алгоритмы Искусственный коллега: как российские нейросети трансформировали бизнес и заменят ли людей алгоритмы

ИИ-экспансия в бизнесе: чего ждать дальше и как подобрать для себя нужный сервис

Inc.
Чтобы вылечить тревогу и депрессию, психотерапии недостаточно Чтобы вылечить тревогу и депрессию, психотерапии недостаточно

Когда человека мучает депрессия, зачастую трудно разобраться, что происходит

Psychologies
6 ошибок при использовании солнцезащитного крема: запомните и никогда так больше не делайте 6 ошибок при использовании солнцезащитного крема: запомните и никогда так больше не делайте

Рассказываем, что делать с солнцезащитным кремом не надо

ТехИнсайдер
Трехрублевый план. Почему Сергею Лукьяненко не везет с экранизациями его книг Трехрублевый план. Почему Сергею Лукьяненко не везет с экранизациями его книг

Главным героем фильма «Черновик» неожиданно оказался Кремль

СНОБ
Шанс «Северного потока — 2». Меркель призвала ЕС не полагаться на помощь США Шанс «Северного потока — 2». Меркель призвала ЕС не полагаться на помощь США

Канцлер Германии сделала свои заявления

Forbes
Угадай, как далеко можно пойти по прямой, никуда не сворачивая? Угадай, как далеко можно пойти по прямой, никуда не сворачивая?

Каким может быть самый длинный прямой пешеходный маршрут

Maxim
Кирпичное сердце Натана Савайи: искусство из кубиков Кирпичное сердце Натана Савайи: искусство из кубиков

К чему может привести одержимость LEGO

Популярная механика
10 военных машин, которые можно свободно купить в России 10 военных машин, которые можно свободно купить в России

Какие конверсионные броневики можно свободно купить в наших широтах

Популярная механика
12 друзей океана 12 друзей океана

Самые интересные яхтенные новинки

Robb Report
Гениально! 4 способа накрасить ресницы одной тушью для разного эффекта в макияже Гениально! 4 способа накрасить ресницы одной тушью для разного эффекта в макияже

А ты знала, что щеточкой туши можно манипулировать, создавая разные образы?

Cosmopolitan
Объект 279: самый необычный танк, похожий на НЛО Объект 279: самый необычный танк, похожий на НЛО

Боевые машины с нестандартной формой корпуса

Популярная механика
Николай Чудотворец Николай Чудотворец

Николай Цискаридзе рассказал Ксении Соловьёвой об адажио с Владимиром Путиным

Tatler
9 советов о путешествии для будущей мамы 9 советов о путешествии для будущей мамы

Накладывает ли беременность множество ограничений на возможность путешествий

9 месяцев
Идеально на каждый день: 25 стильных бюджетных луков Cocos Moscow x Turovnikova Идеально на каждый день: 25 стильных бюджетных луков Cocos Moscow x Turovnikova

Российский бренд Cocos Moscow выпустил свою первую коллаборацию

Cosmopolitan
Мы в сад! Мы в сад!

Как помочь растениям быстро справиться со стрессом и освоиться на новом месте?

Добрые советы
Эффекс Трибулус Эвалар: стабильная эрекция – уверенность в себе! Эффекс Трибулус Эвалар: стабильная эрекция – уверенность в себе!

Интервью с Виталием Николаевым о мужском здоровье

Maxim
BMW X1: младший брат BMW X1: младший брат

В семействе баварских кроссоверов Х1 считается младшеньким

АвтоМир
Новые приоритеты: почему в России закрыли производство Lada Priora Новые приоритеты: почему в России закрыли производство Lada Priora

Бывший флагман «АвтоВАЗа» давно и безнадежно устарел

Forbes
Голод против аппетита: перестать заедать стресс Голод против аппетита: перестать заедать стресс

Как перестать заедать стресс?

Psychologies
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
Монтсеррат Кабалье: «Я получила больше, чем мечтала» Монтсеррат Кабалье: «Я получила больше, чем мечтала»

Певица стала вегетарианкой, чтобы сохранить голос

StarHit
8 эффективных способов вырастить лидера 8 эффективных способов вырастить лидера

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

Psychologies
Пламенные моторы будущего Пламенные моторы будущего

Интервью с генеральным директором ЦИАМ Михаилом Гординым

Популярная механика
От Нонны Мордюковой до Ольги Бузовой: самые болезненные разводы российских звезд От Нонны Мордюковой до Ольги Бузовой: самые болезненные разводы российских звезд

18 историй любви знаменитостей, чье расставание было пропитано  предательствами

Cosmopolitan
Герцогиня стиля. Чему можно поучиться у Меган Маркл Герцогиня стиля. Чему можно поучиться у Меган Маркл

Меган Маркл стала следовать тенденциям британской моды

Forbes
«Балет был для меня символом счастья и стимулом выжить» «Балет был для меня символом счастья и стимулом выжить»

Микаэла Де Принс — ведущая солистка Национального балета Нидерландов

Psychologies
Игра с мячом Игра с мячом

Чемпионат мира по футболу давно стал объединяющим для человечества событием

Quattroruote
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
Открыть в приложении