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

Почему не нужно гладить постельное белье: 3 элементарные причины Почему не нужно гладить постельное белье: 3 элементарные причины

Привычка гладить пододеяльники может плохо сказаться на качестве вашего сна

Популярная механика
Николаевский жандарм Николаевский жандарм

Жандармы получили репутацию, сделавшую голубой мундир символом произвола

Дилетант
Робособаку научили карабкаться по стенам враспор Робособаку научили карабкаться по стенам враспор

Как инженеры научили робособаку научили эффективно двигаться по вертикали

N+1
Медленные танцы с Владиславом Насташевым Медленные танцы с Владиславом Насташевым

В Театре наций грядет премьера — музыкальный перформанс Владислава Наставшева

СНОБ
Дышать или не дышать: насколько эффективна дорогостоящая ксенонотерапия Дышать или не дышать: насколько эффективна дорогостоящая ксенонотерапия

Ксенонотерапия: что это за метод, безопасен ли он и насколько полезен в лечении?

Forbes
«Слово из трех букв» и санкции: о чем участники списка Forbes говорили на Петербургском форуме «Слово из трех букв» и санкции: о чем участники списка Forbes говорили на Петербургском форуме

Богатейшие люди России спорили с марксистами и ругали санкции

Forbes
Екатерина Волкова: «Муж ревнует меня к столбу» Екатерина Волкова: «Муж ревнует меня к столбу»

Екатерина Волкова о муже, детях и о съемках в мужском глянце

StarHit
«Гони этих русских куда подальше!» Три причины, почему Россия проиграла чехам «Гони этих русских куда подальше!» Три причины, почему Россия проиграла чехам

О боже, мы попали под злых чехов. Как? Что?! Почему!!!

Maxim
Белый дом Белый дом

Загородная резиденция в курортном районе Одессы на самом берегу моря

SALON-Interior
Сбудется ли предсказание Хокинга? Насколько реальны сценарии конца света? Сбудется ли предсказание Хокинга? Насколько реальны сценарии конца света?

Стивен Хокинг предрёк Земле страшный апокалипсис

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

О проблемах, с которыми сталкиваются недолюбленные дети

Psychologies
5 салонных процедур с мгновенным эффектом 5 салонных процедур с мгновенным эффектом

Пять процедур, которые подходят как мужчинам, так и женщинам

Esquire
Письмо главного редактора: «Любовь к ближнему» Письмо главного редактора: «Любовь к ближнему»

Пьеса о людоедах и равнодушных (и не очень) прохожих

Maxim
Целого мира мало Целого мира мало

Человечеству грозит дефицит самых простых минеральных ресурсов

Популярная механика
Боль как составляющая жизни: чем она полезна? Боль как составляющая жизни: чем она полезна?

Как выстраивать отношения с болью? Действительно ли она зачем-то нужна?

Psychologies
«Кортеж» для Путина. Что не так с автомобилем для президента России «Кортеж» для Путина. Что не так с автомобилем для президента России

Презентация российского лимузина оказалась под угрозой срыва

Forbes
Худи-бедно Худи-бедно

Поколение детей, которые приходят в «Детский мир», чтобы ничего там не купить

Esquire
Можно ли возродить динозавров? Можно ли возродить динозавров?

Смогут ли люди когда-нибудь погулять по парку хоть какого-нибудь периода?

Популярная механика
Россия для бедных. Почему в стране исчезает средний класс Россия для бедных. Почему в стране исчезает средний класс

Доля среднего класса в России сокращается

Forbes
В поисках вдохновения В поисках вдохновения

Вдохновение нужно нам и в повседневной жизни

Psychologies
6 удивительных вещей на фестивале «Политех» 6 удивительных вещей на фестивале «Политех»

В Парке Горького состоится фестиваль «Политех». Что можно там увидеть

Популярная механика
Шато в Шаранте Шато в Шаранте

Что значит владеть замком в XXI веке?

Seasons of life
10 голландских автомобилей: что вы знаете об этом? 10 голландских автомобилей: что вы знаете об этом?

Самая известная голландская автомобильная марка – это грузовики DAF

Популярная механика
5 ошибок при увольнении (и как их избежать) 5 ошибок при увольнении (и как их избежать)

Нюансы, на которые следует обратить внимание при увольнении

Psychologies
8 постельных кино-сцен, которые лучше не повторять в реальной жизни 8 постельных кино-сцен, которые лучше не повторять в реальной жизни

Тот случай, когда сто раз увидеть все-таки лучше, чем один раз попробовать

Maxim
Сериал «Властелин Колец»: все, что о нём известно! Сериал «Властелин Колец»: все, что о нём известно!

В тайне и магии вызревает самый дорогой сериал в истории человечества

Maxim
Навстречу природе Навстречу природе

Загородный дом под Сочи

SALON-Interior
Гагарин, я вас любила Гагарин, я вас любила

Молодой стартапер Алия Прокофьева собирается отправлять туристов на Луну

Tatler
Кудрин должен совершить маленькое чудо. Зачем России новый глава Счетной палаты Кудрин должен совершить маленькое чудо. Зачем России новый глава Счетной палаты

Назначение Алексея Кудрина главой Счетной палаты прошло достаточно буднично

СНОБ
А где лютый враг Денисов? О боже, какой состав набрал Станислав Черчесов! А где лютый враг Денисов? О боже, какой состав набрал Станислав Черчесов!

Станислав Черчесов объявил предварительный состав на чемпионат мира

Maxim
Открыть в приложении