Як зберігати енергію: найпопулярніші технології (частина І)

Історично склалося так, що більша частина електроенергії, що виробляється в світі, споживається одразу після генерації. Або ж вона не споживається і просто витрачається даремно. Зміна клімату вплинула на зацікавлення урядів країн у поновлюваних джерелах енергії. Та «зелена» енергетика є різною, вона не завжди здатна виробляти енергію саме в той час, коли це потрібно. Яким чином можна виправити такий недолік? Оскільки дослідження в галузі акумуляції енергії все більше привертають увагу вчених, побудова енергосховищ для сонячних або вітрових електростанцій починає набувати все більшого сенсу.

Слід зазначити, що акумуляція енергії не є чимось абсолютно новим. На сьогодні існує багато технологій енергосховищ, а їх використання залежить від того, які ресурси є в наявності у локального виробника електроенергії. Енергетичні компанії інвестують у технології, що виправдані на місцевому рівні, незалежно від того, чи це гідроакумулююча станція, стиснене повітря або літій-іонні батареї.

Багато нових проектів з накопиченням енергії базуються на технологіях, які існують вже десятиліття. Щоб краще зрозуміти майбутнє акумуляції енергії, ми зібрали кілька найбільш ефективних видів зберігання енергії у світі.

Гідроакумулююча станція

Енергосховище, яке працює за принципом гідроелектростанції є, можливо, однією з найстаріших форм енергозберігаючих енергосистем. Воно здатне компенсувати недостачу мегаватів електрики в пікові години. Технологія доволі проста: в системі є нижній резервуар води, з якого вода перекачується у верхній, який топографічно знаходиться вище. Коли немає потреби у електриці (наприклад, вночі), ви використовуєте зайву енергію для того, щоб перекачати воду до верхнього резервуару (фактично — зарядити акумулятор). Коли попит на електроенергію високий, вода з цього резервуара зливається через турбіни електрогенераторів вниз, до нижнього резервуара. Потім цикл повторюється.

Цей спосіб акумуляції енергії є доволі популярним, хоча і застарілим з багатьох точок зору. Так, Німеччина розглядає використання старих вугільних шахт для побудови гідроакумулюючих станцій, а деякі німецькі дослідники працюють над будівництвом гігантських бетонних сфер, які можуть акумулювати енергію після їх розміщення на дні океану.

Гідроакумулююча станція для зберігання електроенергії в окрузі Бат, штат Вірджинія, США, має 6 енергоблоків, які здатні генерувати 3003 МВт електроенергії. Кожну хвилину через турбіну проходить більше 50 млн л води. Станція була побудована у 1985 р., Dominion Energy стверджує, що це найбільше в світі спорудження для зберігання електроенергії

Гідроакумулююча станція для зберігання електроенергії в окрузі Бат, штат Вірджинія, США, має 6 енергоблоків, які здатні генерувати 3003 МВт електроенергії. Кожну хвилину через турбіну проходить більше 50 млн л води. Станція була побудована у 1985 р., Dominion Energy стверджує, що це найбільше в світі спорудження для зберігання електроенергії

Tumut 3 — це гідроакумулююча станція потужністю 1800 МВт в Австралії. Це частина «Сніжної гідросистеми», величезного комплекса з дев'ятьма окремими електростанціями

Tumut 3 — гідроакумулююча станція потужністю 1800 МВт в Австралії. Це частина «Сніжної гідросистеми», величезного комплекса з дев’ятьма окремими електростанціями

Енергосховище на базі стиснутого повітря

Зберігання енергії за рахунок стискання повітря (Compressed air energy storage — CAES) багато в чому схоже на гідроакумулюючу станцію, тільки замість води виробник електрики в період низького попиту накачує в спеціальний резервуар стиснене повітря. Коли потрібна електрика, стиснене повітря випускається з резервуару і крутить турбіну електрогенератора.

Оскільки повітря під час компресії нагрівається, це тепло потрібно відводити ще до закачування в резервуар високого тиску. Але під час декомпресії повітря буде сильно охолоджуватися, тому його потрібно знову нагрівати. Для цього використовують або додатковий газовий нагрівач, або інші технології.

Хоча схеми зберігання енергії в резервуарах зі стисненим повітрям обговорюються протягом декількох останніх десятиліть, витрати на будівництво та складність самих сховищ завадили створенню багатьох подібних споруд. На сьогодні є всього кілька реально працюючих систем та дещо більша кількість тестових комплексів. Наприклад, канадська компанія Hydrostor працює над створенням потужних систем стисненого повітря в Онтаріо та Арубі.

Це енергосховище потужністю 110 МВт на базі стисненого повітря працює в Макінтош, штат Алабама, з 1991 року

Це енергосховище потужністю 110 МВт на базі стисненого повітря працює в Макінтош, штат Алабама, з 1991 року

Енергосховище в Макінтош — єдине подібне комерційне підприємство у США. За словами власника підприємства, тиск у підземній печері максимально досягає майже 75 атмосфер

Енергосховище в Макінтош — єдине подібне комерційне підприємство у США. За словами власника підприємства, тиск у підземній печері максимально досягає майже 75 атмосфер

Схема роботи заводу по компресії повітря в Ханторфі (Huntorf). Система закачує повітря в період низького попиту на електроенергію протягом 8 годин і споживає близько 60 МВт кожну годину. Під час пікових навантажень на електромережу систему виробляє 290 МВт електроенергії протягом 2 годин

Схема роботи заводу по компресії повітря в Ханторфі (Huntorf). Система закачує повітря в період низького попиту на електроенергію протягом 8 годин і споживає близько 60 МВт кожну годину. Під час пікових навантажень на електромережу система виробляє 290 МВт електроенергії протягом 2 годин

Термічне зберігання розплавленої солі

Розплавлена сіль здатна довго зберігати тепло, і ця її властивість знаходить застосування на геліоелектростанціях, де сотні великих дзеркал фокусують сонячні промені для генерації енергії. На деяких електростанціях сонячні промені спрямовуються на велику центральну термальну вежу, в якій швидко нагрівається та кипить робоча рідина. Є інша технологія, коли робоча рідина нагрівається в трубах, які проходять перед параболічними дзеркалами. Так чи інакше, це тепло можна використати негайно для запуску парової турбіни, або ж спрямувати сонячну енергію на нагрів солі. Розплавлена сіль здатна зберігати тепло протягом декількох годин. Це допомагає сонячним електростанціям збільшити час роботи і генерувати електрику навіть ввечері.

Технології акумуляції тепла за допомогою розплавленої солі мають чіткі перспективи. Дослідники працюють над вдосконаленням резервуарів розплавленої солі для різних цілей, а зовсім недавно SolarReserve оголосила про плани побудови сонячної теплової установки в Чилі, яка працюватиме 24 години на добу завдяки величезному резервуару зберігання розплавленої солі.

Деякі компанії шукають шляхи зберігання енергії розплавленої солі без потреби в сонячній енергії. Видання Bloomberg нещодавно розповідало про схему зберігання енергії розплавленої солі з лабораторії X, що належить корпорації Alphabet, яка використовуватиме дешеву електроенергію щоб нагрівати розплавлену сіль та охолоджувати антифриз. Коли потрібна енергія, йде зворотній процес комбінації потоків гарячого та холодного повітря, що здатні крутити турбіни.

В майбутньому системи акумуляції енергії можуть і не використовувати розплавлену сіль. Наприклад, дослідники з Georgia Tech нещодавно побудували керамічний насос, який здатний переміщати рідкий метал при дуже високих температурах. Використання рідкого металу може зробити цей вид зберігання енергії більш ефективним.

Завод KaXu Solar One у Пофадері, Південна Африка, був побудований іспанською компанією Abengoa Solar. Він має потужність 100 МВт і здатний генерувати електроенергію протягом 2,5 годин після настання темряви, завдяки енергосховищу з розплавленої солі

Завод KaXu Solar One у Пофадері, Південна Африка, був побудований іспанською компанією Abengoa Solar. Він має потужність 100 МВт і здатний генерувати електроенергію протягом 2,5 годин після настання темряви, завдяки енергосховищу з розплавленої солі

Станція Crested Dunes в Тонопа, штат Невада, має заявлену потужність в 110 МВт і здатна виробляти електрику протягом 10 годин за рахунок енергосховища

Станція Crested Dunes в Тонопа, штат Невада, має заявлену потужність в 110 МВт і здатна виробляти електрику протягом 10 годин за рахунок енергосховища

БІЛЬШЕ ЦІКАВОГО:

Джерело: arsTECHNICA