Накопители: очевидные и невероятные

От энергии будет мало толка, если мы не умеем ее хранить

Популярная механикаHi-Tech

Накопители: очевидные и невероятные

Текст: 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.

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.

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 и читайте статьи из популярных журналов

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Паспорта с биометрическими данными станут обязательными во Франции Паспорта с биометрическими данными станут обязательными во Франции

Это нарушает правила Европейского Союза.

National Geographic, октябрь'19
Кремль взял в переработку «мусорную» повестку Кремль взял в переработку «мусорную» повестку

В администрации президента обсуждается идея создания «зеленой» партии

РБК, октябрь'19
Это нужно знать: 6 главных проблем клеммников WAGO Это нужно знать: 6 главных проблем клеммников WAGO

У клеммников WAGO достаточно недостатков, и вот главные из них

CHIP, октябрь'19
Великая Пермская революция: как чиновники, бизнесмены и культурные деятели меняли Пермь — и что из этого вышло Великая Пермская революция: как чиновники, бизнесмены и культурные деятели меняли Пермь — и что из этого вышло

Forbes Life поговорил с ключевыми участниками пермской культурной революции

Forbes, октябрь'19
Восстановить силы за 10 минут: практики и упражнения Восстановить силы за 10 минут: практики и упражнения

Как восстановить силы буквально за 10 минут

Psychologies, октябрь'19
5 закусок, которые помогут дожить до обеда без страданий 5 закусок, которые помогут дожить до обеда без страданий

Найди среди этих пяти закусок любимые и начни собственную войну с голодом

Men’s Health, октябрь'19
«Ад на колесах» снова в Астрахани: передвижной зоопарк «Сафари» возмутил жителей города «Ад на колесах» снова в Астрахани: передвижной зоопарк «Сафари» возмутил жителей города

«Сафари» не прекращает своих жестоких гастролей

National Geographic, октябрь'19
Когда Канье Уэст выпустит Jesus is King Когда Канье Уэст выпустит Jesus is King

Канье Уэст успел провести серию live-концертов, но нового альбома до сих пор нет

Esquire, октябрь'19
Куда движется автопром: будущее глазами его создателей Куда движется автопром: будущее глазами его создателей

Что по этому поводу думают в руководстве крупнейших автомобильных компаний?

Популярная механика, октябрь'19
7 красивых экоотелей по всему миру 7 красивых экоотелей по всему миру

Самое время подыскать райское место для каникул в ноябре

Vogue, октябрь'19
Выжить любой семьей: 6 вопросов главным выживальщикам планеты Выжить любой семьей: 6 вопросов главным выживальщикам планеты

Эд Стаффорд прошел пешком вдоль Амазонки

Популярная механика, октябрь'19
«Государство обязано держать слово»: почему поворот в деле Израйлита не успокоит бизнес «Государство обязано держать слово»: почему поворот в деле Израйлита не успокоит бизнес

Чтобы вернуть доверие бизнеса, нужны более серьезные шаги

Forbes, октябрь'19
Зачем современному мужчине вообще нужны украшения? Зачем современному мужчине вообще нужны украшения?

Место шрамов заслуженно занимают украшения

GQ, октябрь'19
Из плохиша в ручного котика: женщины, которые «приручили» звезд-бунтарей Из плохиша в ручного котика: женщины, которые «приручили» звезд-бунтарей

Доказательства того, что любовь способна смягчить даже самых суровых парней

Cosmopolitan, октябрь'19

31-летняя Рианна (Rihanna) в роскошных нарядах снялась для глянца

Cosmopolitan, октябрь'19
Путь от получеловека к человеку Путь от получеловека к человеку

Как Гузель Яхина переосмысляет в литературе травмы страны

Русский репортер, октябрь'19
Дизайнерские дети: ожидать ли нам ГМО-поколения? Дизайнерские дети: ожидать ли нам ГМО-поколения?

Кажется, что мы все ближе к появлению так называемых «спроектированных» детей

Naked Science, октябрь'19
С чистого листа С чистого листа

Ани Лорак — настоящая дива нашего шоу-бизнеса

OK!, октябрь'19
Экономия, ЗОЖ и виртуальный шопинг Экономия, ЗОЖ и виртуальный шопинг

Современные потребители стремятся к экономии, пользе и удобству

Эксперт, октябрь'19
Русский француз Русский француз

31 октября в прокат выходит фильм «Француз» с Антоном Ривалем в главной роли

OK!, октябрь'19
Белая магия Белая магия

Редактор «Вокруг света» отправился на родину первого европейского фарфора

Вокруг света, октябрь'19
Макей— РБК: Макей— РБК:

Владимир Макей рассказал о планах Минска нормализовать отношения с Вашингтоном

РБК, октябрь'19
Как двум лидерам ужиться в семье? Как двум лидерам ужиться в семье?

У бизнес-тренера Радислава Гандапаса есть рецепт, проверенный личным опытом

Psychologies, октябрь'19
Дебютантки 2019 Дебютантки 2019

Тринадцать будущих героинь «Татлера»

Tatler, октябрь'19
Тест Samsung Galaxy Tab S5e LTE: легкий планшет на каждый день Тест Samsung Galaxy Tab S5e LTE: легкий планшет на каждый день

Обзор нового планшета Galaxy Tab S5e LTE от Samsung

CHIP, октябрь'19
Наемники из Израиля: кто стоит за самыми загадочными хакерами, взламывающими Apple и Microsoft за деньги Наемники из Израиля: кто стоит за самыми загадочными хакерами, взламывающими Apple и Microsoft за деньги

В Израиле много хакеров, которые зарабатывают взломами

Forbes, октябрь'19
Кальвадос: как правильно пить и чем закусывать один из лучших напитков Кальвадос: как правильно пить и чем закусывать один из лучших напитков

Лучшие способы получить максимальное удовольствие от легендарного напитка

Playboy, октябрь'19
По отцовской линии По отцовской линии

Дети Бориса Немцова о том, как изменилась их жизнь после тяжелой потери

StarHit, октябрь'19
Эдита Пьеха Эдита Пьеха

Певица номер один Ленинграда 1960–1980-х и советская эстрадная фэшн-икона

Собака.ru, октябрь'19
Главные события второго тура Лиги чемпионов 2019/2020 Главные события второго тура Лиги чемпионов 2019/2020

Победа «Зенита», уничтожение «Тоттенхэма» и гол Роналду в нашем обзоре

GQ, октябрь'19