Как хранить энергию. Расплавленная соль, сжатый воздух и супермаховик

Электроэнергетика - одна из немногих областей, в которой нет масштабного хранения произведенной «продукции». Промышленное хранение энергии и производство различного рода накопителей - следующий шаг в большой электроэнергетике. Сейчас эта задача стоит особенно остро - вместе со стремительным развитием возобновляемых источников энергии. Несмотря на бесспорные достоинства ВИЭ, остается один важный вопрос, который необходимо решить, прежде чем массово внедрять и применять альтернативные энергоносители. Хотя энергия ветра и солнца является экологически чистой, ее выработка имеет «прерывистый» характер и требуется хранение энергии для последующего использования. Для многих стран особенно актуальной задачей было бы получение технологий сезонного хранения энергии - из-за больших колебаний в ее потреблении. Издание Ars Technica подготовило список лучших технологий хранения энергии, мы расскажем о некоторых из них.

Гидроаккумуляторы

Самая старая, отлаженная и распространенная технология хранения энергии в больших объемах. Принцип работы гидроаккумулятора следующий такой: имеется два резервуара для воды - один расположен над другим. Когда спрос на электроэнергию невелик, энергия использутеся для закачки воды в верхний резервуар. В пиковые часы потребления электричества вода сливается вниз, на установленный там гидрогенератор, вода крутит турбину и вырабатывает электричество.

В будущем Германия планирует использовать старые угольные шахты для создания гидроаккумуляторов, а немецкие исследователи работают над созданием гигантских бетонных сфер для гидронегерации, размещенных на дне океана. В России есть ЗагорскаяГАЭС, расположенная на реке Кунье у поселка Богородское в Сергиево-Посадском районе Московской области. Загорская ГАЭС - важный инфраструктурный элемент энергосистемы центра, участвует в автоматическом регулировании частоты и перетоков мощности, а также покрывая суточные пиковые нагрузки.

Как рассказал Игорь Ряпин, начальник департамента Ассоциации «Сообщества потребителей энергии» в рамках конференции «Новая энергетика»: Internet of Energy, организованной Энергетическим центром бизнес-школы «Сколково», установленная мощность всех гидроаккумуляторов в мире - порядка 140 ГВт, к преимуществам этой технологии относятся большое количество циклов и длительный срок работы, эффективность порядка 75-85%. Однако для установки гидроаккумуляторов требуются особые географические условия и она является дорогостоящей.

Накопители энергии сжатого воздуха

Этот способ хранения энергии по принципу работы похож на гидрогенерацию - однако вместо воды в резервуары нагнетается воздух. При помощи двигателя (электрического или иного) воздух закачивается в накопитель. Для получения энергии сжатый воздух выпускается и вращает турбину.

Недостаток такого рода накопителей - низкий КПД из-за того, что часть энергии при сжатии газа переходит в тепловую форму. Эффективность не более 55%, для рационального использования накопитель требует много дешевой электроэнергии, поэтому на данный момент технология используется преимущественно в экспериментальных целях, общая установленная мощность в мире не превышает 400 МВт.

Расплавленная соль для хранения солнечной энергии

Расплавленная соль удерживает тепло в течение длительного времени, поэтому ее размещают на солнечных тепловых установках, где сотни гелиостатов (больших сконценирированных на солнце зеркал) собирают тепло солнечного света и нагревают жидкость внутри - в виде расплавленной соли. Затем она направляется в резервуар, далее посредством парогенератора приводит во вращение турбину, так вырабатывается электроэнергия. Одним из плюсов является то, что расплавленная соль функционирует при высокой температуре - более 500 градусов по Цельсию, что способствует эффективной работе паровой турбины.

Эта технология помогает продлевать рабочее время, либо обогревать помещения и давать электричество в вечернее время.

Подобные технологии используются в солнечном парке имени Мохаммеда ибн Рашида Аль Мактума - самая крупной в мире сети солнечных электростанций, объединенных в едином пространстве в Дубаи.

Проточные редокс-системы

Проточные батареи представляют собой огромный контейнер с электролитом, который пропускается через мембрану и создает электрический заряд. Электролитом может служить ванадий, а также растворы цинка, хлора или соленая вода. Они надежны, просты в эксплуатации, у них долгий срок службы.

Пока нет коммерческих проектов, общая установленная мощность - 320 МВт, в основном в рамках исследовательских проектов. Главный плюс - пока единственная технология на батареях с длительной выдачей энергии - более 4 часов. Среди недостатков - громоздкость и отсутствие технологии утилизации, что является общей проблемой для всех батарей.

Немецкая электростанция EWE планирует построить в Германии крупнейшую в мире проточную батарею на 700 МВт/ч в пещерах, где раньше хранили природный газ, сообщает Clean Technica.

Традиционные аккумуляторы

Это батареи, подобные тем, что работают в ноутбуках и смартфонах, только промышленного размера. Tesla поставляет такие батареи для ветряных и солнечных станций, а компания Daimler использует для этого старые автомобильные аккумуляторы.

Термальные хранилища

Современный дом необходимо охлаждать - особенно в регионах с жарким климатом. Термальные хранилища позволяют в течение ночи заморозить хранящуюся к цистернах воду, днем лед тает и охлаждает дом, без использования привычного всем дорогостоящего кондиционера и лишних расходов электроэнергии.

Калифорнийская компания «Ice Energy» разработала несколько подобных проектов. Их идея заключается в том, что лед производится только во время непиковой нагрузки на электросети, а затем, вместо расхода дополнительной электроэнергии, используется лед для охлаждения помещений.

«Ice Energy» сотрудничает с австралийскими фирмами, которые собираются внедрять технологию «ледяного аккумулятора« на рынке. В Австарлии из-за активного солнца развито использование солнечных батарей. Сочетание солнца и льда увеличит общую энергоэффективность и экологичность домов.

Маховик

Супермаховик - это инерционный накопитель. Запасенную в нем кинетическую энергию движения можно преобразовать в электричество с помощью динамо-машины. Когда возникает потребность в электричестве, конструкция вырабатывает электрическую энергию за счет замедления маховика.

Главная идея всего проекта - обеспечить непрерывность подачи энергии, генерируемой альтернативными источниками, прежде всего, ветром и солнцем.

У холдинга Alphabet, частью которого является Google, есть подразделение «Х», занимающееся проектами, которые выглядят как чистой воды фантастика. Один из таких проектов сейчас как раз собираются реализовать. Он называется Project Malta, а участие в нем собирается принять участие Билл Гейтс. Правда, не непосредственно, а через свой фонд Breakthrough Energy Ventures. Выделить планируется около $1 млрд.

Пока что неясно, когда именно будет выделено финансирование, но намерения всех партнеров более чем серьезные. Идея хранилища энергии, часть которого - резервуар расплавленной соли, а часть - охлажденный теплоноситель принадлежит ученому Роберту Лафлину. Он профессор физики и прикладной физики в Стэнфордском университете, Лафлин получил Нобелевскую премию по физике в 1998 году.

Главная идея всего проекта - обеспечить непрерывность подачи энергии, генерируемой альтернативными источниками, прежде всего, ветром и солнцем. Да, конечно, есть разного рода аккумуляторные системы, которые позволяют запасать энергию днем и отдавать ее ночью или в проблемные для альтернативных источников периоды времени (облачность, безветрие и т.п.). Но они могут хранить относительно небольшой объем энергии. Если же говорить о масштабах города, области или страны, то таких аккумуляторных систем нет.

Но их можно создать, воспользовавшись идеей Лафлина. Она предусматривает следующие структурные элементы:

• Источник «зеленой» энергии, например, ветро- или солнечную электростанцию, которая передает энергию в хранилище.
• Далее электрическая энергия приводит в действие тепловой насос, идет преобразование электричества в тепло, причем образуются две области - горячая и охлаждённая.
• Тепло запасается в виде расплава соли, кроме того, есть и «резервуар холода», это сильно охлажденный теплоноситель (как пример).
• Когда требуется энергия, запускается «тепловой двигатель» (система, которую можно назвать антитепловым насосом) и снова вырабатывается электричество.
• Нужный объем энергии отправляется в общую сеть.

Патент на технологию уже получен Лафлином, так что теперь лишь дело за технологиями и финансированием. Сам проект может быть реализован, например, в Калифорнии. Здесь было «потеряно» около 300 000 кВт*ч энергии, сгенерированной ветровыми и солнечными электростанциями. Дело в том, что ее было произведено столько, что не было возможности сохранить весь объем. А этого достаточно для снабжения энергией более 10 000 домохозяйств.

Аналогичная ситуация сложилась в Германии, где в 2015 году было потеряно 4% «ветровой» электроэнергии. В Китае этот показатель и вообще превысил 17%.

К сожалению, представители «Х» ничего не говорят о возможной стоимости проекта. Вполне может быть, что при условии грамотной реализации хранилище энергии с солью и охлажденной жидкостью обойдется дешевле, чем традиционные литиевые аккумуляторы. Тем не менее, сейчас стоимость литиево-ионных батарей падает, примерно на одном уровне держится и стоимость «грязной» энергии. Так что если инициаторы проекта «Мальта» хотят конкурировать с традиционными решениями, им нужно достичь значительного удешевления стоимости киловатта в своей системе.

Как бы там ни было, реализация проекта уже не за горами, так что в скором времени мы сможем узнать все необходимые детали. опубликовано Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта .

Чтобы вырастить соляной кристалл, потребуются:

1) - соль .

Она должна быть как можно более чистой. Лучше всего подойдет соль морская, так как в обычной поваренной очень много мусора незаметного для глаз.

2) - вода .

Идеальным вариантом будет использовать дистиллированную воду, или хотя бы кипяченую, максимально очистив ее от примесей фильтрованием.

3) - стеклянная посуда , в которой будет выращиваться кристалл.

Основные требования к ней: она также должна быть идеально чистой, никакие посторонние предметы, даже незначительные соринки не должны присутствовать внутри нее на протяжении всего процесса, поскольку они могут спровоцировать рост других кристалликов в ущерб основному.

4) - кристаллик соли .

Его можно «добыть» из пачки с солью или в опустевшей солонке. Там на дне почти наверняка найдется подходящий, который не смог пролезть через отверстие в солонке. Выбрать надо прозрачный кристалл по форме более близкий к параллелепипеду.

5) - палочка : пластиковая или деревянная керамическая, или ложка из тех же материалов.

Один из этих предметов потребуется для перемешивания раствора. Наверное, излишним будет напоминать, что после каждого использования, они должны быть вымыты и высушены.

6) - лак .

Лак потребуется для защиты уже готового кристалла, потому что без защиты в сухом воздухе он рассыплется, а во влажном расползется в бесформенную массу.

7) - марля или фильтровальная бумага.

Процесс выращивания кристалла.

Емкость с подготовленной водой помещается в теплую воду (примерно, 50-60 градусов), в нее, при постоянном помешивании, понемножку засыпают соль. Когда соль уже не сможет растворяться, раствор переливают в другую чистую посуду таким образом, чтобы в нее не попал осадок из первой емкости. Для гарантии получения лучшей чистоты можно переливать через воронку с фильтром.

Теперь, «добытый» ранее кристалл на нитке опускают в этот раствор так, чтобы он не касался дна и стенок сосуда.

Затем накрывают посуду крышкой или чем-нибудь другим, но так чтобы туда не попали посторонние предметы и пыль.

Поместите емкость в темное прохладное место и запаситесь терпением - видимый процесс начнется через пару-тройку суток, но для выращивания большого кристалла потребуется несколько недель.

По мере роста кристалла жидкость, естественно, будет уменьшаться, а потому, примерно, раз в десять дней необходимо будет добавлять свежий раствор, приготовленный в соответствии с выше указанными условиями.

Во время всех дополнительных операций нельзя допускать частых передвижений, сильных механических воздействий, значительных колебаний температуры.

Когда кристалл достигнет желаемой величины, его достают из раствора. Делать это надо очень осторожно, потому что на этом этапе он еще очень хрупок. Вынутый кристалл обсушивают от воды с помощью салфеток. Высушенный кристалл для придания прочности покрывают бесцветным лаком, для чего можно использовать как бытовой, так и маникюрный.

И напоследок ложка дегтя.

Выращенный таким образом кристалл нельзя будет использовать для изготовления полноценной соляной лампы, так как там используется специальный природный минерал - галит, который содержит множество природных минералов.

Но и из того, что получилось у Вас, вполне можно смастерить какую-нибудь поделку, например, миниатюрный макет той же соляной лампы, вставив в кристалл маленький светодиодик, запитав его от батарейки.