Agenția Internațională pentru Energie estimează că ponderea globală a energiei regenerabile în producția totală de energie va crește la 28% până în 2021. În același timp, se vor dezvolta tehnologii care pot rezolva problema principala energie „verde” – generare inegală de energie electrică. Experții sunt încrezători că industria de stocare a energiei va experimenta o creștere rapidă în viitorul apropiat.

O centrală solară funcționează eficient doar în timpul zilei și pe cerul fără nori, iar o turbină eoliană funcționează numai atunci când bate vântul, iar aceste defecțiuni în producție trebuie compensate cumva. De exemplu, acumulați o parte din energia generată utilizând baterii industriale și consumați-o în timpul vârfurilor de consum seara și dimineața.

Instalațiile de stocare a energiei vor fi utile și în cazul unor accidente în sistemele de alimentare. După cum remarcă Maxim Ryabchitsky, șeful centrului de formare ABB din Federația Rusă, astăzi volumele de producție și consum de energie electrică sunt echilibrate, iar centralele electrice sunt ajustate la programul consumatorului. Însă în cazul unor întreruperi bruște în sistemul energetic, comparabil ca amploare cu cel rusesc, situația va fi salvată de o baterie cu o capacitate de 10–20 MW, capabilă să acopere deficitul energetic timp de 1,5–2 ore.

Cu sprijinul guvernului

Potrivit șefului Rusnano, Anatoly Chubais, ponderea surselor de energie regenerabilă în volumul total de generare până în 2050 va fi de 40% din balanța energetică globală, iar stocarea energiei electrice va deveni o tehnologie consacrată comercial, în urma căreia „ vom ajunge la o altă industrie a energiei.”

„Industria globală și rusă a energiei electrice este la un pas de a transforma principiul tehnologic de bază - potrivirea nivelului de generare și consum la un singur moment în timp. O tehnologie inovatoare care va separa generarea de consum este stocarea energiei. Această tehnologie va schimba complet întregul sistem de expediere, raportul dintre electricitatea tradițională și cea alternativă și multe altele. Dacă adăugăm o bună logică IT tehnologiei de stocare a energiei, va fi, fără îndoială, o revoluție”, crede Chubais.

Există o înțelegere a problemei și la nivel de stat. La începutul acestui an, viceprim-ministrul Arkadi Dvorkovich a instruit Ministerul Energiei și Rusnano să elaboreze specificații tehnice pentru crearea unui program de stat de sprijinire a unui cluster de stocare industrială a energiei electrice (stocare de energie). Participanții la întâlnirea cu viceprim-ministrul au mai considerat că stocarea industrială a energiei electrice se află la punctul de plecare al unui boom care va afecta fermele electrice izolate, mici și transportul.

Rusnano consideră că sprijinul statului va crea un bazin de jucători naționali pe piață. Se preconizează stimularea cererii de dispozitive de stocare prin compensarea riscurilor proiectelor de investiții și creșterea atractivității acestora pentru investiții. Utilizarea bateriilor industriale va face posibilă crearea unor sisteme de energie locale rentabile, netezirea vârfurilor de consum și crearea piețelor de comercializare a energiei electrice pentru energie distribuită, notează compania.

Electrochimie și viață

În prezent, s-au inventat multe metode de stocare a energiei electrice la scară largă, dar se acordă prioritate construcției bateriilor electrochimice convenționale de mărimea unei case.

Capacitatea totală a instalațiilor de stocare a energiei industriale în exploatare și în construcție din lume, conform companiei de consultanță IHS, este de aproximativ 3 GW. Cu toate acestea, analiștii sunt încrezători că industria de stocare a energiei va experimenta o creștere rapidă în viitorul apropiat.

Principalele probleme ale dispozitivelor de stocare industriale experimentale sunt costul ridicat și capacitatea redusă; nu există încă o tehnologie de masă justificată din punct de vedere economic pentru construcția lor (tehnologia Tesla, despre care este discutată mai jos, iese în evidență aici). Potrivit lui Maxim Ryabchitsky, cercetările care au fost efectuate în ultimii 20 de ani au creat multe mostre (chiar și cele mai exotice) de stocare a energiei, dar acestea nu au depășit încă funcționarea pilot, iar bateriile existente sunt prea scumpe și au o eficiență scăzută. . Adică, bateriile sunt încă mai scumpe decât centralele solare în sine.

Director al Asociației Întreprinderilor energie solara Anton Usachev prezice că, odată cu ponderea tot mai mare a surselor de energie regenerabilă în balanța energetică, nevoia de sisteme de stocare a energiei încăpătoare va crește; cea mai mare cerere va fi în țările care planifică o pondere a surselor regenerabile de energie în generare de cel puțin 25-30% .

Puterea soluțiilor de stocare a energiei utilizate în lume astăzi, de regulă, nu este mai mare de 1–2 MW. Astfel, italianul Enel a lansat în toamna anului 2015 la Catania primul depozit de energie electrică la o stație solară de 10 MW cu o capacitate a bateriei de 2 MWh și are în plan un parc eolian de 18 MW în sudul Italiei cu baterii litiu-ion tot de 2 MWh.

Cea mai mare unitate industrială de stocare a energiei din Europa a apărut în satul german Feldheim. Întreprinderea se numește oficial Centrala Regională de Reglementare. Scopul stației cu o capacitate de 10 MW și o capacitate a bateriei de 10,8 MWh este de a acumula surplusul de energie electrică generată din surse regenerabile de energie, de a asigura stabilitatea rețelei electrice și de a netezi schimbările temporare de frecvență.

O serie de companii (RWE, Vionx, LG, SMA, Bosch, JLM Energy, Varta) au început să aprovizioneze piața cu sisteme de stocare a energiei industriale și rezidențiale care funcționează și cu varietăți de baterii litiu-ion, în primul rând fosfat de fier litiu (LiFePO4). ), precum și bateriile cu vanadiu. Japonia a avansat mai mult decât altele cu tehnologia bateriei fierbinți. În acest sens, nu putem să nu remarcăm realizările Tesla, care este înaintea celorlalți aici, nu în ultimul rând datorită PR-ului competent al produselor sale, designului excelent, soluțiilor tehnologice avansate și prețului „agresiv”.

Anul trecut, Elon Musk a prezentat proiectul Powerwall - o baterie litiu-ion montată pe perete pentru casă, cu o capacitate de 10 kWh (adică aproximativ o duzină de baterii auto standard). Bateria este suficientă pentru a acoperi nevoile zilnice de energie electrică ale unei familii americane medii. Costă 3500 USD. În mod interesant, dezvoltarea Tesla vă permite să extindeți sistemul până la nouă unități prin adăugarea de unități Powerwall suplimentare.

Cu toate acestea, o baterie cu adevărat industrială va fi cel mai probabil o altă dezvoltare Tesla - bateria Powerpack. Este asemănător ca aspect și dimensiune cu un frigider și are o capacitate de zece ori mai mare decât Powerwall - 100 kWh. Powerpack-ul este, de asemenea, un modul. Adăugând astfel de module la stocare, puteți crește capacitatea de stocare aproape la nesfârșit. Potrivit lui Elon Musk, în Statele Unite există deja companii energetice care operează pe baza tehnologiei Powerpack și au o capacitate de stocare de 250 MWh.

Conform calculelor PwC, stocarea și distribuția energiei electrice într-o rețea în valoare de 5 mii MWh poate fi profitabilă din punct de vedere economic în Statele Unite, la un cost inclusiv instalarea de 350 USD per 1 kWh.Prețul pe punct de capacitate atunci când se utilizează module Powerpack este de 250 USD.

Tezaurizare alternativă

O alternativă la bateriile industriale electrochimice ar putea fi construcția de instalații de energie „verzi” în apropierea centralelor cu acumulare prin pompare - stații de stocare prin pompare care stochează energia sub formă de apă. Scopul inițial al centralelor cu acumulare prin pompare este de a nivela eterogenitatea programului zilnic de încărcare electrică. Odată cu dezvoltarea surselor de energie regenerabilă, stațiile de stocare cu pompare vor putea, de asemenea, să echilibreze caracterul discret al producției de energie de către centralele solare și turbinele eoliene.

Potrivit Departamentului pentru Energie al SUA, în prezent există 292 de sisteme de stocare prin pompare care funcționează în lume, cu o capacitate totală de 142 GW. Alte 46 de stații cu o capacitate totală de 34 GW sunt în construcție. Eficiența centralelor moderne cu acumulare prin pompare este de 70–75%.

„Dintre toate tehnologiile de stocare a energiei, sistemele de stocare prin pompare sunt bateriile cele mai fiabile, dovedite și viabile din punct de vedere comercial”, spune Vladimir Koritarov, angajat al Departamentului de Energie de la Laboratorul Național Argonne (Illinois). În opinia sa, 98% din instalațiile de stocare a energiei existente în lume sunt centrale de stocare prin pompare. Astăzi, centralele cu acumulare prin pompare sunt din nou în centrul atenției, și nu în ultimul rând în legătură cu boom-ul surselor de energie regenerabilă, spune Koritarov.

În Spania, de exemplu, unde aproximativ 20% din energie este generată de vânt, instalațiile de stocare ale hidrocentralei Cortes-La Muela sunt umplute de parcuri eoliene în nopțile cu vânt, iar când vântul scade sau cererea de energie crește, apa din rezervorul superior este folosit pentru a transforma turbinele și a genera energie. Este cel mai mare complex de acest gen din Europa, cu o capacitate de 1.762 MW, capabil să alimenteze 500.000 de locuințe.

În Statele Unite, proiectul centralei electrice de stocare prin pompare JD Pool din statul Washington, cu o capacitate de 1.200 MW, este în faza de planificare. Perechea sa de rezervoare deasupra capului va fi amplasată între rândurile de turbine eoliene de pe Platoul Columbia. Capacitatea totală a 47 de centrale eoliene situate în statele Washington și Oregon, în imediata apropiere a șantierului propus de construcție a centralei de stocare prin pompare este de 4.695 MW. Acest lucru este suficient nu numai pentru a furniza energie electrică întreprinderilor și gospodăriilor din apropiere, ci și pentru a umple rezervoarele JD Pool cu ​​apă.

Dar astăzi există anumite dificultăți în combinarea centralelor solare cu centralele cu acumulare prin pompare. În mod obișnuit, centralele solare mari sunt situate în zonele deșertice fierbinți unde există probleme cu apa. Deși, în prezența unor orizonturi subterane adânci, această problemă poate fi rezolvată. Dar multă apă va trebui să fie pompată de sub pământ, deoarece o centrală electrică cu acumulare prin pompare este o structură a cărei dimensiune contează.

Fantezie fără frâne

Când există o comandă și este implicat un buget, creierul oamenilor de știință începe să lucreze cu răzbunare. Căutarea unor metode de stocare a energiei alternative bateriilor chimice este în desfășurare în laboratoare din întreaga lume, dând naștere uneori la proiecte foarte exotice.

Departamentul pentru Energie și Schimbări Climatice din Marea Britanie a investit în dezvoltarea unei instalații de stocare a energiei care funcționează cu aer lichefiat. Instalația a fost denumită LAES și dezvoltă o putere de 350 kW h. Testele sale au avut succes, iar proiectul are perspective de scalare.

Instalarea funcționează după cum urmează. Dacă există electricitate în exces, aerul este lichefiat într-un recipient de 12 m înălțime și 3 m diametru, iar atunci când este necesar, se transformă din nou în curent.

În zona Tehachapi (California, SUA), există un alt dispozitiv experimental de stocare neobișnuit care stochează energie folosind gravitația. Se numește ARES și arată ca o cale ferată pentru copii (ecartamentul are doar 381 mm). Când bate vântul, remorca, condusă de un motor electric, se deplasează de-a lungul ramurilor în sus, acumulând energie, iar când se stinge, dispozitivul se rostogolește în jos. În acest moment, motorul său funcționează ca generator, furnizând energie rețelei.

Toboganul este situat lângă parcul turbinelor eoliene. Greutatea căruciorului experimental este de 5670 kg. Unul dintre avantajele proiectului este costul mai mic al ciclului de viață în comparație cu bateriile. În același timp, eficiența sistemului este de 86%.

În viitor, în vecinatatea Nevada, unde din cauza lipsei de apă este imposibil să se construiască aceeași centrală cu acumulare prin pompare, este planificată construirea unui sistem cu un volum de energie stocată de 12,5 MWh. Acesta va fi un singur- drum de pistă de 8 km lungime și o pantă de 6,6 grade. De-a lungul ei se vor deplasa 17 cuplaje: două locomotive cu o greutate de 220 de tone fiecare și două vagoane cu blocuri de beton cântărind 150 de tone fiecare.

Surse: ITAR-TASS, ziarul Kommersant, site-uri web renewableenergyworld.com, digitalsubstation.ru,tesla.com/powerwall, resilience.org, alternativeenergy.ru

Industria energiei electrice este una dintre puținele domenii în care nu există depozitare pe scară largă a „produselor” produse. Stocarea industrială a energiei și producția de diferite tipuri de dispozitive de stocare este următorul pas în industria mare de energie electrică. Acum această sarcină este deosebit de acută - împreună cu dezvoltarea rapidă a surselor de energie regenerabilă. În ciuda avantajelor incontestabile ale surselor de energie regenerabilă, rămâne o problemă importantă care trebuie rezolvată înainte de introducerea și utilizarea pe scară largă a surselor alternative de energie. Deși energia eoliană și solară sunt ecologice, generarea lor este intermitentă și necesită stocarea energiei pentru utilizare ulterioară. Pentru multe țări, o sarcină deosebit de urgentă ar fi obținerea de tehnologii sezoniere de stocare a energiei - din cauza fluctuațiilor mari ale consumului de energie. Ars Technica a pregătit o listă cele mai bune tehnologii stocarea energiei, vom vorbi despre unele dintre ele.

Acumulatoare hidraulice

Cea mai veche, matură și răspândită tehnologie de stocare a energiei în volume mari. Principiul de funcționare al acumulatorului hidraulic este următorul: există două rezervoare de apă - unul este situat deasupra celuilalt. Când cererea de energie electrică este scăzută, energia este utilizată pentru a pompa apă în rezervorul superior. În orele de vârf de consum de energie electrică, apa este drenată la un hidrogenerator instalat acolo, apa învârte o turbină și generează electricitate.

În viitor, Germania intenționează să folosească vechile mine de cărbune pentru a crea rezervoare de stocare cu pompare, iar cercetătorii germani lucrează la crearea unor sfere de hidrostocare gigantice din beton amplasate pe fundul oceanului. În Rusia există PSPP Zagorskaya, situat pe râul Kunya lângă satul Bogorodskoye din districtul Sergiev Posad din regiunea Moscovei. Zagorskaya PSPP este un element important de infrastructură al sistemului energetic al centrului, la care participă reglare automată frecvențe și fluxuri de putere, precum și acoperirea sarcinilor zilnice de vârf.

După cum a spus Igor Ryapin, șeful departamentului Asociației „Comunitatea consumatorilor de energie”, la conferința „Noua energie”: Internetul energiei, organizată de Centrul Energetic al Școlii de Afaceri Skolkovo, capacitatea instalată a tuturor acumulatorilor hidraulici din lume este de aproximativ 140 GW, avantajele acestei tehnologii includ un număr mare de cicluri și o durată lungă de viață, eficiență de aproximativ 75-85%. Cu toate acestea, instalarea acumulatorilor hidraulici necesită condiții geografice speciale și este costisitoare.

Dispozitive de stocare a energiei cu aer comprimat

Această metodă de stocare a energiei este similară în principiu cu hidrogenerarea - totuși, în loc de apă, aerul este pompat în rezervoare. Folosind un motor (electric sau altul), aerul este pompat în rezervorul de stocare. Pentru a genera energie, aerul comprimat este eliberat și rotește turbina.

Dezavantajul acestui tip de dispozitiv de stocare este eficiența scăzută datorită faptului că o parte din energia în timpul comprimării gazului este transformată în formă termică. Eficiența nu este mai mare de 55%; pentru o utilizare rațională, unitatea necesită multă energie electrică ieftină, astfel încât în ​​prezent tehnologia este utilizată în principal în scopuri experimentale, capacitatea totală instalată în lume nu depășește 400 MW.

Sare topită pentru stocarea energiei solare

Sarea topită reține căldura pentru o lungă perioadă de timp, așa că este plasată în centrale solare termice unde sute de heliostate (oglinzi mari concentrate pe soare) colectează căldura. lumina soareluiși încălziți lichidul din interior - sub formă de sare topită. Apoi este trimis în rezervor, apoi, printr-un generator de abur, rotește turbina, care generează electricitate. Unul dintre avantaje este că sarea topită funcționează la o temperatură ridicată - peste 500 de grade Celsius, ceea ce contribuie la funcționarea eficientă a turbinei cu abur.

Această tehnologie ajută la extinderea programului de lucru sau la încălzirea camerelor și la furnizarea de energie electrică seara.

Tehnologii similare sunt folosite în Parcul Solar Mohammed bin Rashid Al Maktoum - cea mai mare rețea de centrale solare din lume, unite într-un singur spațiu din Dubai.

Sisteme redox în flux

Bateriile Flow sunt un container imens de electrolit care trece printr-o membrană și creează o sarcină electrică. Electrolitul poate fi vanadiu, precum și soluții de zinc, clor sau apă sărată. Sunt fiabile, ușor de utilizat și au o durată de viață lungă.

Nu există încă proiecte comerciale, capacitatea totală instalată este de 320 MW, în principal în interior proiecte de cercetare. Principalul avantaj este că până acum este singura tehnologie a bateriei cu producție de energie pe termen lung - mai mult de 4 ore. Dezavantajele includ volumul și lipsa tehnologiei de reciclare, care este o problemă comună la toate bateriile.

Centrala electrică germană EWE intenționează să construiască cea mai mare baterie cu debit de 700 MWh din lume în Germania în peșteri în care a fost stocat anterior gazul natural, relatează Clean Technica.

Baterii tradiționale

Acestea sunt baterii similare cu cele care alimentează laptopurile și smartphone-urile, dar de dimensiune industrială. Tesla furnizează astfel de baterii pentru centralele eoliene și solare, iar Daimler folosește baterii de mașini vechi pentru asta.

Depozitare termică

O casă modernă trebuie răcită - mai ales în climatele calde. Instalațiile de stocare termică permit înghețarea apei stocate în rezervoare peste noapte; în timpul zilei, gheața se topește și răcește casa, fără aerul condiționat obișnuit costisitor și costurile inutile cu energia.

Compania californiană Ice Energy a dezvoltat mai multe proiecte similare. Ideea lor este că gheața este produsă numai în perioadele de vârf ale rețelei electrice, iar apoi, în loc să risipească energie electrică suplimentară, gheața este folosită pentru a răci încăperile.

Ice Energy colaborează cu firme australiene care caută să aducă pe piață tehnologia bateriilor de gheață. În Australia, datorită soarelui activ, se dezvoltă utilizarea panourilor solare. Combinația de soare și gheață va crește eficiența energetică generală și respectarea mediului în locuințe.

Volant

Superflywheel este un acumulator inerțial. Energia cinetică a mișcării stocată în el poate fi convertită în electricitate folosind un dinam. Când apare nevoia de electricitate, structura generează energie electrică prin încetinirea volantului.

Posibilitatea de stocare a energiei electrice la scară industrială este benefică pentru toți participanții de pe piață: producători, furnizori, consumatori și autorități de reglementare

Cel mai recent raport analitic de la organizațiile de cercetare GTM Research și ESA’s U.S. Monitorul de stocare a energiei raportează niveluri record de investiții în proiecte de stocare a energiei. Volumul investițiilor de risc și finanțării proiectelor în acest sector în trimestrul al treilea al anului 2016 a ajuns la 660 de milioane de dolari cu o prognoză anuală de 812 milioane de dolari. Vedem că în țările dezvoltate, tehnologiile de stocare a energiei intră în stadiul de utilizare „pre-comercială”.

Problemă de salvare

Principala diferență dintre industria energiei electrice și orice altă industrie „fizică” este imposibilitatea depozitării mărfurilor pe care le produce la scară industrială. În fiecare unitate de timp, această industrie trebuie să producă exact atâta energie electrică cât are nevoie consumatorul.

Pentru a oferi această capacitate, sunt necesare fie o capacitate costisitoare de generare de rezervă, fie sisteme complexe de alimentare distribuite geografic. Este imposibil să existe în sistemul energetic doar centrale nucleare (CNE), care nu pot elimina și crește rapid sarcina, sau numai surse regenerabile de energie (SRE) - soarele și vântul, de exemplu, pot să nu strălucească sau să sufle la la fix. Prin urmare, o pondere semnificativă a producției se realizează folosind resurse fosile tradiționale (cărbune, gaz), care asigură atât fiabilitatea, cât și manevrabilitatea necesară.

Modul de funcționare al oricărui sistem energetic este determinat în primul rând de gradul de încărcare asupra acestuia de la consumatori. De regulă, consumul de energie electrică scade semnificativ noaptea și depășește nivelul dimineața și seara. consumul zilnic. Și, în general, indiferent de ora din zi, sarcina electrică este în continuă schimbare. Aceste fluctuații constante complică sarcina menținerii unui echilibru între producție și consum și conduc la faptul că capacitățile de generare funcționează într-un mod suboptim din punct de vedere economic pentru o parte semnificativă a timpului.

Există trei tipuri tradiționale de centrale electrice: nucleară, termică (CHP) și hidroelectrică (HPP). Din motive de siguranță, centralele nucleare nu își reglează sarcina. Centralele hidroelectrice sunt mult mai potrivite pentru a lucra cu un program de încărcare neuniform, dar nu sunt disponibile în fiecare sistem energetic și, dacă sunt, nu sunt întotdeauna în cantitatea necesară. Astfel, sarcina principală de acoperire a denivelărilor consumului zilnic de energie electrică revine centralelor termice. Aceasta, la rândul său, duce la funcționarea lor într-un mod neeconomic, crește consumul de combustibil și, în consecință, costul energiei electrice pentru consumatori.

Toate problemele de mai sus, precum și o serie de altele, pot fi rezolvate folosind tehnologii industriale de stocare a energiei.

Efectele acumulării

1. Efectul asupra generării: utilizarea dispozitivelor de stocare va permite optimizarea procesului de producere a energiei electrice prin nivelarea programului de încărcare a celor mai scumpe echipamente generatoare, precum și eliminarea generării termice costisitoare din rolul de regulator. La rândul său, aceasta va duce inevitabil la o reducere a consumului de hidrocarburi, la o creștere a ratei de utilizare a capacității instalate a centralelor electrice, la o creștere a fiabilității aprovizionării cu energie și la o reducere a nevoii de construire de noi capacități.

2. Efect pentru reglementarea guvernamentală: dispozitivele de stocare fac posibilă crearea unei rezerve de energie fără funcționarea excesivă a capacităților generatoare, optimizează modul de funcționare al centralelor și asigură trecerea lină a sarcinilor minime nocturne și maxime de zi.

3. Efect pentru consumatori: energia electrică devine mai ieftină, fiabilitatea alimentării cu energie crește, este posibilă asigurarea funcționării echipamentelor critice în timpul întreruperilor de curent și crearea unei rezervă în caz de accidente.

4. Efect pentru complexul rețelei electrice: dispozitivele de stocare reduc sarcina de vârf substații electriceși costurile pentru modernizarea infrastructurii de rețea, cresc calitatea și fiabilitatea aprovizionării cu energie către consumatori.

Efecte suplimentare

Acum, una dintre principalele tendințe în energia globală este dezvoltarea generării de energie regenerabilă. Dintre țările care dezvoltă energie verde, exemplele cele mai izbitoare sunt Danemarca, care generează 140% din cererea națională de energie folosind surse regenerabile de energie și Germania, unde sursele regenerabile de energie reprezintă aproximativ 50% din capacitatea instalată a centralei electrice (94 din 182). GW) și această cotă continuă să crească în mod constant. În anumite momente, sursele de energie regenerabilă pot furniza deja până la 100% din cererea de energie electrică. În același timp, atât centralele termice, cât și centralele nucleare trebuie să îndeplinească o funcție de rezervă, deoarece producția de generare de energie regenerabilă nu este constantă. Stocarea energiei electrice poate fi o modalitate de a continua integrarea cu succes a surselor de energie regenerabilă în sistemele energetice ale diferitelor țări; acestea vor atenua fluctuațiile în producția de surse regenerabile de energie și vor uniformiza programul de încărcare.

O altă tendință este dezvoltarea energiei distribuite. Consumatorii doresc să-și minimizeze costurile și să-și instaleze propriile surse de generare (de exemplu, panouri solare sau generatoare eoliene). În țările în care ponderea generației distribuite este mare, se pune problema integrării acestor consumatori în sistemul de piață. Deoarece consumatorul însuși preia de la sursa sa atâta energie electrică cât are nevoie la un moment dat, el poate avea un surplus. Problema vânzării acestui surplus către rețea poate fi rezolvată cu ajutorul unităților. În plus, ele pot fi folosite și pentru a crea rezerve individuale.

Concurență tehnologică

Astăzi, 99% din acumularea și stocarea industrială a energiei electrice (aproximativ 132,2 GW) este asigurată de centralele de stocare prin pompare (PSPP). Toate celelalte tehnologii de stocare reprezintă 1%, în principal stocarea aerului comprimat, bateriile cu sulfură de sodiu și bateriile cu litiu. Cele mai dovedite dispozitive de stocare sunt centralele de stocare prin pompare și dispozitivele care funcționează pe tehnologie aer comprimat. Alte tehnologii sunt încă în proces de dezvoltare.

Cu toate acestea, în timp ce centralele și dispozitivele cu acumulare prin pompare care utilizează tehnologii de aer comprimat pot stoca volume suficient de mari de energie electrică timp de câteva ore, acestea sunt destul de limitate în ceea ce privește furnizarea de cantități mari de energie pentru a susține sau a contracara diversele fluctuații pe termen scurt.

În ceea ce privește bateriile, estimările actuale ale costurilor de instalare variază între 200 USD și 800 USD per kW de capacitate instalată. Cel mai mic cost corespund bateriilor plumb-acid deoarece se află într-un stadiu superior de dezvoltare tehnologică. Această gamă se află la capătul inferior al gamei de costuri pentru stocarea prin pompare, dar este mult mai mică decât alte tehnologii de stocare potențiale și noi. Cu toate acestea, principalul dezavantaj al bateriilor plumb-acid și al altor baterii este speranța lor de viață scăzută în comparație cu centralele cu acumulare prin pompare, care au o durată de viață mult mai lungă. Durata de viață a bateriilor variază semnificativ în funcție de frecvența de utilizare, rata de descărcare și numărul de cicluri de descărcare profundă.

Rusia are nevoie de tehnologii de stocare a energiei?

Stocarea energiei electrice a fost numită de McKinsey Global Institute drept una dintre cele 12 tehnologii perturbatoare care vor schimba semnificativ economia globală. BCC Research estimează că piața pentru toate tipurile de baterii reîncărcabile va crește cu o rată de creștere anuală compusă de 18,7% în următorii zece ani, de la 637 milioane USD în 2014 la 3,96 miliarde USD în 2025.

Capacitatea dispozitivelor de stocare electrică din țările UE, SUA și China, conform diverselor scenarii ale Agenției Internaționale pentru Energie, va crește de la două la opt ori până în 2050. În Rusia, după 2022, este prevăzut un nou ciclu de investiții în sectorul energetic. Nișa potențială pentru noile instalații energetice este estimată la 15-30 GW. Investițiile ar putea ajunge la 500-700 de miliarde de dolari până în 2035. În același timp, aproape toți participanții pe piață vor putea beneficia de utilizarea dispozitivelor de stocare.

Wikimedia Commons

Poate cea mai veche formă de stocare modernă a energiei conectată la rețea. Principiul de funcționare este simplu: există două rezervoare de apă, unul mai înalt decât celălalt. Când cererea de energie electrică este scăzută, energia poate fi folosită pentru a pompa apa în sus. În timpul orelor de vârf, apa curge în jos, rotind un hidrogenerator și generând electricitate. Proiecte similare sunt dezvoltate, de exemplu, de Germania în minele de cărbune abandonate sau containerele sferice de pe fundul oceanului.

Aer comprimat

Puterea de Sud

În general, această metodă seamănă cu cea anterioară, cu excepția faptului că în loc de apă, aerul este pompat în rezervoare. Când este necesar, aerul este eliberat și rotește turbinele. Această tehnologie există în teorie de câteva decenii, dar în practică, datorită costului ei ridicat, există doar câteva sisteme de lucru și încă câteva teste. Compania canadiană Hydrostor dezvoltă un compresor adiabatic mare în Ontario și Aruba.

Sare topită

Rezervație solară

Energia solară poate fi folosită pentru a încălzi sarea la temperatura dorită. Aburul rezultat este fie transformat imediat în energie electrică de către un generator, fie stocat timp de câteva ore sub formă de sare topită pentru, de exemplu, încălzirea caselor seara. Unul dintre astfel de proiecte este parcul solar Mohammed bin Rashid Al Maktoum din Emiratele Arabe Unite. Iar în laboratorul Alphabet X, este posibil să se folosească săruri topite în combinație cu antigel pentru a păstra excesul de energie solară sau eoliană. Georgia Tech a construit recent un sistem mai eficient care înlocuiește sarea cu metal lichid.

Baterii de flux

Oamenii de știință de la CERN: „Universul nu ar trebui să existe”

Bateriile cu flux redox constau din rezervoare uriașe de electrolit care trec prin membrane și creează o sarcină electrică. De obicei, vanadiul este folosit ca electrolit, precum și soluții de zinc, clor sau apă sărată. Sunt fiabile, ușor de utilizat și au o durată de viață lungă. Cea mai mare baterie cu flux din lume va fi construită în peșteri din Germania.

Baterii tradiționale

SDG&E

Calmac

Noaptea, apa stocată în rezervoare este înghețată, iar ziua gheața se topește și răcește casele învecinate, permițându-vă să economisiți la aer condiționat. Această tehnologie este atractivă pentru regiunile cu climă caldă și nopți răcoroase, cum ar fi California. În luna mai a acestui an, NRG Energy a livrat 1.800 de baterii industriale de gheață către Southern California Edison.

Super volant

Puterea farului

Această tehnologie este concepută pentru a stoca energia cinetică. Electricitatea pornește motorul, care stochează energia de rotație în tambur. Când este necesar, volantul încetinește. Invenția nu este utilizată pe scară largă, deși poate fi folosită pentru a asigura alimentarea neîntreruptibilă.

Y.N.ELDYSHEV Problema stocării energiei este una dintre cele mai importante nu numai în sectorul energetic, ci și în economie (ca și în știință) în general. Nu a fost încă rezolvată în totalitate. Incapacitatea noastră de a stoca și stoca în mod eficient energia rezultată are un efect deosebit de dăunător asupra dezvoltării unor astfel de metode relativ „curate” de producere a acesteia folosind surse de energie regenerabilă, cum ar fi energia hidroelectrică, energia solară sau energia eoliană. La urma urmei, încă nu suntem în măsură să asigurăm o aprovizionare garantată cu energie consumatorilor din astfel de surse din cauza schimbărilor zilnice, sezoniere și chiar slab previzibile ale puterii lor. Prin urmare, orice informație despre realizările în acest domeniu este de mare interes.
Proiect metan
O nouă metodă de stocare a energiei obținute din surse regenerabile de energie (unul dintre principalele dezavantaje este instabilitatea și imprevizibilitatea producției de energie) a fost raportată recent de serviciul de presă al Societății Fraunhofer (Societatea Joseph Fraunhofer este echivalentul german). Academia Rusăștiințe inginerești, scopul său principal este de a promova dezvoltarea cercetării aplicate). Oamenii de știință germani au dezvoltat o tehnologie în care surplusul de electricitate generat de centralele solare sau eoliene și care nu este necesar în acest moment este transformat în metan. Gazul astfel obținut poate fi stocat pe termen nelimitat și utilizat după cum este necesar folosind infrastructura de gaze existentă.
Proiectul pilot, dezvoltat de Centrul de Cercetare pentru Energie Solară și Hidrogen, care se află la Stuttgart (Germania), este implementat în prezent de companii cooperante din Austria și Germania. Lansarea unei stații industriale cu o capacitate de zeci de megawați bazată pe această tehnologie este planificată pentru 2012.
Potrivit dezvoltatorilor, sistemul demonstrativ, construit la Stuttgart, folosește excesul de energie generat de panourile solare și centralele eoliene (WPP) pentru disocierea electrolitică a apei în oxigen și hidrogen. Ulterior, hidrogenul rezultat, combinându-se cu dioxidul de carbon furnizat sistemului, formează metan, care poate fi deja stocat și utilizat pentru a genera energie în orice moment. Potrivit oamenilor de știință, eficiența unei astfel de transformări este de peste 60%.
Nu este un secret pentru nimeni că metodele „clasice” de stocare a energiei electrice în condensatoare și baterii necesită crearea unei infrastructuri speciale (suplimentare și destul de costisitoare). Spre deosebire de astfel de metode de stocare a energiei sub formă de metan în Germania, ca și în multe alte țări, există deja toată infrastructura necesară - acesta este un sistem distribuit de instalații de stocare a gazelor de mare capacitate. Prin urmare, autorii acestei tehnologii cred că poate avea perspective bune, deoarece o astfel de transformare cu eficiență decentă este „cu siguranță mai bună decât o pierdere completă de energie electrică care nu poate fi folosită aici și acum”. Dar până în prezent, nu au fost propuse multe alternative reale la „conversia gazului” ca metodă de stocare a energiei.
„Calcâiul lui Ahile” de acumulatori hidraulici
centrală cu acumulare prin pompare aspect poate varia foarte mult: multe stații de stocare sunt aproape imposibil de diferențiat de o centrală hidroelectrică convențională situată pe un râu cu o pantă semnificativă, dar există și cele care au un nivel foarte neobișnuit. rezervor de stocare, precum stația Taum Sauk din Missouri (SUA), care atrage atenția multor turiști. Dar, în orice caz, această metodă de stocare și redistribuire a energiei are un dezavantaj serios - necesitatea de a înstrăina suprafețe mari pentru piscinele superioare și inferioare, precum și lucrările de construcție la scară largă (și costisitoare).
Alternativa la apa
Unul dintre cele mai vechi dispozitive de stocare a energiei este o centrală de stocare cu pompare (PSPP). Acesta este numele unui tip de centrală hidroelectrică special concepută pentru a echilibra eterogenitatea zilnică a sarcinii electrice. PSPP folosește un complex de generatoare electrice și pompe electrice sau unități hidroelectrice speciale reversibile care pot funcționa atât ca generatoare, cât și ca pompe. În timpul consumului minim de energie, centrala cu acumulare prin pompare primește energie electrică ieftină de la rețeaua electrică și o folosește pentru a pompa apă în piscina superioară, adică acționează ca o pompă. Și în timpul vârfurilor consumului de energie dimineața și seara, centrala cu acumulare prin pompare evacuează apă din amonte în aval, generând energie electrică „de vârf” costisitoare, pe care o trimite în rețeaua electrică, adică acționează ca un generator electric.
Întrucât în ​​ambele moduri eficiența unei astfel de centrale este mai mică de 100%, este clar că în cele din urmă centrala cu acumulare prin pompare consumă mai multă energie electrică decât produce, adică formal se dovedește a fi neprofitabilă. Totuși, nu trebuie să uităm că centralele cu acumulare prin pompare consumă energie „ieftină” și furnizează energie „scumpoasă” rețelei, astfel încât rezultatul economic nu coincide cu bilanțul energetic și nu este determinat de simple operații aritmetice. Cert este că în sistemele mari de energie o pondere semnificativă o reprezintă capacitatea centralelor termice și nucleare, care nu pot reduce rapid producția de energie electrică atunci când consumul de energie scade sau o fac cu pierderi mari. De aceea, costul comercial al energiei electrice în perioada de cel mai mare consum („vârf”) în sistemul energetic este mult mai mare decât în ​​perioada consumului minim al acestuia, iar utilizarea centralelor cu acumulare prin pompare se dovedește a fi rentabilă. , crescând atât uniformitatea sarcinii asupra altor capacități ale sistemului energetic, cât și fiabilitatea alimentării cu energie în general.
O centrală cu acumulare prin pompare arată ca un sistem de stocare a energiei simplu și fiabil, care are multe avantaje și o singură, dar foarte semnificativă, slăbiciune: nu poate fi construită peste tot și ocupă mult spațiu.
Energia poate fi stocată... în frigider
Mai recent, s-a propus stocarea „energiei eoliene” (electricitate obținută din turbinele eoliene) prin modificarea temperaturii în depozite uriașe de depozitare frigorifică, ceea ce nu necesită aproape deloc cheltuieli de capital. Un grup de cercetători de la universități din Bulgaria, Danemarca, Spania și Țările de Jos au dezvoltat proiectul Night Wind, care vizează crearea unui sistem paneuropean de stocare a energiei eoliene bazat pe utilizarea elementelor infrastructurii existente.
Ideea este simplă: noaptea, când consumul de energie electrică scade, dar turbinele eoliene continuă să funcționeze, energia electrică pe care o generează se propune să fie folosită pentru a scădea temperatura în frigiderele existente ale depozitelor mari de alimente. Estimările au arătat că este suficient să reduceți temperatura cu doar 1 °C față de norma obișnuită. Cu alte cuvinte, energia va fi „stocata” ca urmare a răcirii a multor mii de tone de produse diverse, care vor fi stocate ca de obicei undeva în Danemarca, Olanda sau Franța. În timpul zilei, când consumul de energie electrică crește de multe ori, toate aceste frigidere gigantice pot fi pur și simplu deconectate de la rețea până când temperatura din ele crește treptat cu același 1 °C, adică revine la valoarea obișnuită.
Și deși, după cum se știe, frigiderele în sine, chiar și cele mai gigantice, desigur, nu produc energie electrică, astfel de fluctuații de temperatură sunt de doar un grad cu o perioadă de o zi, dacă sunt aplicate tuturor depozitelor frigorifice mari din Europa, conform estimărilor autorilor proiectului, va echivala cu apariția unei superbaterie cu o capacitate de 50 GWh în rețeaua generală de energie!
Autorii proiectului au demonstrat eficacitatea ideii încă din 2007, prin instalarea unei turbine eoliene lângă unul dintre cele mai mari depozite frigorifice din Bergen (Olanda) și înființarea unui sistem electronic de control al frigiderului conform principiului descris mai sus. Așa că acum soarta proiectului este în mâinile economiștilor de energie, care trebuie să decidă cât de recomandabil este să se bazeze pe această metodă specială de stocare a energiei.
Volante
Mulți experți consideră încă volantele ca fiind un dispozitiv de stocare a energiei foarte promițător. Discuțiile despre ei au loc de zeci de ani. Dar numai recent au fost dezvoltate proiecte cu adevărat funcționale care demonstrează în practică capacitățile unor astfel de unități.
În 1964, profesorul N.V. Gulia (în ultimul timp șeful departamentului de la Universitatea Industrială de Stat din Moscova) a propus un nou tip de volant, care trebuia să servească drept dispozitiv de stocare a energiei. Nu era un disc solid, ci un miez cu sute și chiar mii de straturi de bandă subțire de oțel (mai târziu din plastic) înfășurate în jurul său, închis într-o carcasă, în interiorul căreia a fost creat un vid pentru a reduce pierderile prin frecare. După cum s-a dovedit, astfel de supervolante puteau „absorbi” destul de multă energie pe unitatea de masă, deoarece energia stocată era determinată în primul rând de viteza maximă de rotație (deoarece era proporțională cu pătratul său și depindea liniar de masă), care la rândul său a fost limitată de rezistența materialului ales.
Superflywhile moderne cu înfășurare din fibră de carbon au un conținut specific de energie de până la 130 Wh/kg. Acest lucru este oarecum inferior performanței celor mai bune baterii litiu-ion, dar și propulsoarele cu volantă au avantajele lor: sunt mult mai ieftine, mai durabile și mai sigure (nu numai pentru sănătatea personalului de operare, ci și, la fel de important, pentru mediul).
Inventatorul însuși a experimentat foarte mult cu superflywheels în urmă cu 40 de ani, deoarece le-a considerat dispozitive promițătoare de stocare a energiei pentru transport și chiar a construit mai multe mostre din astfel de Vehicul. S-a gândit și la utilizarea lor în sectorul energetic ca alternativă la baterii, dar până de curând ideea de a folosi volante pentru a stoca energie nu în laboratoare, ci la scară industrială și în rețelele energetice existente le părea exotică și chiar utopică specialiștilor. . Abia în ultimii ani unele companii din Occident au început cercetări serioase în acest domeniu.
Astfel, specialiștii companiei americane Beacon Power au dezvoltat un set de supervolante staționare concepute pentru conectarea la rețelele electrice industriale. Sunt realizate dintr-un număr mare de straturi de materiale compozite ultra-rezistente pe bază de fibre de carbon, astfel încât să poată rezista la sarcini enorme, permițând creșterea vitezei de rotație a acestora la standardul de 22,5 mii rpm într-un mediu cu vid înalt. Volanții pe suspensii magnetice se rotesc în containere cilindrice de aproximativ 1 m înălțime (noile modele vor fi mai înalte decât o persoană), în interiorul cărora se creează un vid. Greutatea unei astfel de structuri poate ajunge la 1 tonă.
Pe arborele de oțel al volantului (în același loc - în interiorul unei carcase cilindrice de oțel etanșat) se află un rotor al unei mașini electrice reversibile - un motor-generator cu magnet permanent, care învârte volantul, stochând energie sau o eliberează, generând curent electric, atunci când o sarcină este conectată.
Durata de viață estimată a unui astfel de design este de 20 de ani, intervalul de temperatură de funcționare este de la -40 la +50 ° C, poate rezista la cutremure cu o magnitudine de până la 7,6 pe scara Richter, cu alte cuvinte, are caracteristici care sunt acum complet nerealiste pentru bateriile chimice existente.
Aerul va economisi energie
Compania americană Magnum Energy NS urmează să folosească peșteri subterane la o adâncime de aproximativ 1,5 km pentru a stoca aerul lichefiat folosit pentru a genera electricitate. Se plănuiește crearea unor spații de depozitare în apropierea orașului Delta din Utah, unde există rezerve uriașe de sare subterane, pe care speră să le spele folosind echipamente speciale. În prima etapă, este planificată dotarea unor instalații de depozitare a gazelor naturale produse în apropiere - în Munții Stâncoși. După ce a perfecționat tehnologia, compania intenționează să înceapă să creeze depozite... pentru aer.
Potrivit autorilor acestui proiect, compresia aerului poate fi considerată una dintre cele mai ieftine modalități de stocare a energiei. De exemplu, într-o zi senină, o centrală solară va produce electricitate în exces. Va fi trimis pentru compresie și injecție de aer. Când este nevoie de electricitate, aerul va fi forțat să învârtească turbinele. În acest fel, autorii speră să depășească principala dificultate în introducerea pe scară largă a surselor de energie regenerabilă - instabilitatea producției lor de energie electrică și, în consecință, problema stocării și conversiei energiei din acestea.
Cu toate acestea, până acum cantitatea de energie stocată în acest fel este mică - până la 25 kW/h cu o putere maximă de până la 200 kW. Potrivit estimărilor dezvoltatorilor, pierderea de energie stocată și retrasă din astfel de dispozitive de stocare nu depășește 2%, ceea ce este mult mai bun decât cea a sistemelor de stocare a energiei bazate pe alte principii (menționate centrale de stocare cu pompare, baterii chimice etc. ). În același timp, este clar că perioada de stocare a energiei în volante, spre deosebire de aceste sisteme, este scurtă - deocamdată nu putem vorbi decât despre utilizarea lor ca tampon, compensând vârfurile ascuțite și scăderile consumului de energie electrică în timpul zilei.
Seturi de multe astfel de dispozitive conectate în paralel ar putea acumula rezerve destul de vizibile de energie; în acest caz, principalul avantaj ar fi că acest lucru s-ar întâmpla foarte repede (s-ar putea „revendica” ceea ce s-a acumulat la fel de repede). Dar acest lucru este foarte important. Faptul este că oricare dintre capacitățile de generare industrială existente (de exemplu, la centralele termice) nu pot răspunde rapid la schimbările de sarcină și, în general, orice modificare a modurilor lor de funcționare este extrem de neprofitabilă.
În astfel de situații, asociate cu creșterea bruscă a sarcinii rețelei, acționările sub formă de volante ar putea deveni o soluție complet rezonabilă. Potrivit dezvoltatorilor, timpul de răspuns al unor astfel de sisteme este pur și simplu fantastic - aproximativ 5 ms.
Instalațiile cu astfel de dispozitive de stocare și-au demonstrat deja eficacitatea în teste într-un număr de comunități din SUA, ai căror rezidenți nu au uitat încă coșmarul orașelor lor deconectate din cauza unei întreruperi de curent în lanț și sunt gata să facă orice pentru a reduce probabilitatea astfel de evenimente repetate.
Cu toate acestea, se pare că sistemul energetic rus, care, datorită unui număr de caracteristici, este vizibil mai rezistent la fluctuațiile de sarcină decât rețeaua energetică din SUA, ar putea beneficia de astfel de dispozitive de stocare.
Invenție... lame
Mod interesant Profesorul de la Universitatea din Nottingham (Marea Britanie) Seamus Garvey a găsit o modalitate de a netezi neuniformitatea producerii de energie electrică de la turbinele eoliene, concluzionand că turbinele eoliene situate în larg nu ar trebui deloc echipate cu generatoare electrice, deoarece astfel de dispozitive puternice, care generează curent chiar și la cele mai mici viteze de rotație a arborelui, se dovedesc a fi foarte grele și, în consecință, foarte scumpe. În schimb, el propune să facă pale de morii de vânt... goale. Un piston greu trebuie să se miște liber în interiorul fiecăruia dintre ele. Când lama coboară, pistonul se deplasează spre capătul său, iar când se ridică, pistonul, dimpotrivă, alunecă spre ax, comprimând aerul care intră prin orificiile din carcasă. Aerul comprimat este pompat în saci speciali din material sintetic subțire și rezistent, plutind la o adâncime de 500 m!
Aceste instalații de stocare, împiedicate să se spargă de presiunea straturilor de apă de deasupra, servesc ca un fel de tampon care garantează o generare uniformă de energie chiar și în condiții de vânt imprevizibile. Din cilindrii subacvatici, aerul este furnizat prin conducte către generatoare de turbină compacte suplimentare. Se estimează că rezerva sa ar trebui să fie suficientă pentru a le menține rotația timp de câteva zile, chiar și în calm deplin.
Acest „sisteme integrate de energie regenerabilă cu aer comprimat” (ICARES) este impresionant prin amploarea sa: Harvey estimează că turbina ar trebui să se miște încet și să fie foarte mare pentru a împiedica pistoanele să atârne la capetele palelor din cauza forțelor centrifuge. 200 m diametru (ideal 500 m). În ceea ce privește instalațiile de stocare a energiei subacvatice, autorul le vede ca niște grupuri gigantice de „perne” uriașe de aer (20 m în diametru).
Lucrările la proiect sunt în desfășurare din 2006, iar acum universitatea a creat compania Nimrod Energy, a cărei sarcină principală va fi comercializarea acestei tehnologii. Este de așteptat ca sistemele ICARES să apară pe piață în decurs de un an. Dar la început vor fi folosite pentru a stoca energia generată de alte tipuri de centrale electrice. Iar turbinele gigantice offshore de la Nimrod, conform previziunilor dezvoltatorilor, pot apărea în 10-15 ani.
Baterie neobișnuită și alte metode
Astăzi, activitatea destul de mare în Occident este asociată și cu proiecte de stocare a energiei electrice generate, în special, de turbinele eoliene care sunt foarte populare aici, sub formă de hidrogen obținut cu ajutorul acestuia. Mai mult, în astfel de proiecte se propune utilizarea hidrogenului nu ca combustibil, ci ca purtător de energie temporar. Totuși, potrivit experților, astfel de scheme, care pot fi foarte eficiente din punct de vedere energetic și destul de acceptabile din punct de vedere al mediului, din păcate, rămân totuși prea scumpe.
Cercetări legate de diverse tehnologii injectarea aerului comprimat în depozitele subterane sau subacvatice.
Dar, după cum sa menționat deja, fiecare dintre metodele menționate de stocare a energiei are propriile avantaje și dezavantaje, fiecare dintre ele este bună în felul său, dar niciuna nu poate fi considerată ideală. În acest sens, în ultima perioadă au existat chiar apeluri de revenire la bateriile chimice care păreau să fi fost studiate temeinic cu mult timp în urmă. Cu toate acestea, nu chiar obișnuit - topit.
De fapt, așa-numitele baterii fierbinți au fost și ele inventate cu mulți ani în urmă. Există multe soiuri cunoscute ale acestora cu de invidiat caracteristici specifice. Dar nu este ușor să le asigurăm temperatura de funcționare necesară, sute de grade Celsius, așa că această condiție impune restricții serioase asupra posibilelor zone de aplicare a acestora, precum și asupra posibil termen limită acțiunile lor (toate propunerile anterioare de a folosi astfel de baterii la scară largă s-au dovedit a fi necompetitive din cauza duratei de viață extrem de scurte). Totuși, în prefectura japoneză Aomori, de exemplu, funcționează de câțiva ani un complex de 17 blocuri mari de baterii fierbinți sulf-sodiu cu o capacitate de 34 MW, care sunt conectate la rețea prin convertoare AC/DC. Acest complex face parte din noul parc eolian Futamata, netezind semnificativ denivelările producției de energie electrică a turbinelor eoliene (permițându-i să satisfacă vârful zilnic de consum și să acumuleze energie pe timp de noapte).
Dar noua baterie, al cărei prototip a fost creat de oamenii de știință americani, conform estimărilor lor, va fi de trei ori mai ieftină decât cele mai bune baterii de astăzi, mult mai durabilă și, cel mai important, mult mai puternică. Profesorul Donald Sadoway și colegii săi de la Massachusetts Institute of Technology au venit cu un dispozitiv original de acumulare a energiei electrice, care, în opinia lor, va face posibilă în viitorul apropiat utilizarea energiei obținute din panouri solare (sau energie eoliană în vreme calmă) noaptea. Această baterie are dimensiunea unui container de gunoi cunoscut americanilor. casa individuala(volumul său este de aproximativ 150 de litri), potrivit lui Sadoway, ar putea deveni un atribut integral al unei locuințe „verzi”, asigurând toate nevoile sale energetice chiar și la vârful consumului, și ar fi reîncărcat din morile de vânt „intermitente” și panourile solare. . Ei bine, seturi mari de astfel de baterii, potrivit dezvoltatorilor, ar fi destul de capabile să furnizeze energie electrică a așezărilor întregi - o stație de stocare cu o capacitate de 13 GW (suficientă pentru a alimenta un oraș mare) ar ocupa doar 6 hectare.
Cum se atinge această densitate de putere? Cert este că, așa cum asigură dezvoltatorii, aceste baterii sunt capabile să furnizeze și să primească de 10 ori mai mult curent decât toate tipurile cunoscute de baterii chimice.
Dându-și seama că prea mult curent ar putea deteriora cu ușurință dispozitivul, pur și simplu topind întreaga structură, Sadoway a sugerat ca o stare de topire să fie norma pentru toate părțile bateriei. În bateriile fierbinți anterioare, pe lângă carcase și contacte, a existat un alt element solid important (netopit) - electrolit solid (ceramica conductivă specială), dar în noua baterie nu există părți solide în interior, cu excepția carcasei exterioare, totul este lichid - atât electrolitul, cât și electrozii. Toate elementele noului sistem neobișnuit nu se amestecă între ele din cauza densităților diferite, la fel cum uleiul și apa nu se amestecă într-un vas în repaus. Și din moment ce noua baterie este concepută pentru a deveni un dispozitiv staționar de stocare a energiei, nu pare să existe niciun motiv pentru ca lichidele să se amestece.
Bateria dezvoltată seamănă cu un „sticlă” refractar (corpul servește ca prim contact extern), acoperit cu un capac (al doilea contact extern). Între ele există un dielectric, iar în jur este o carcasă termoizolantă. Autorii au plasat antimoniu în partea de jos a recipientului (acesta este primul electrod intern), urmat de sulfură de sodiu (electrolit) și magneziu deasupra (al doilea electrod intern). Toate componentele sunt în formă topită.
La încărcare, stratul de electrolit dintr-o astfel de baterie devine mai subțire, iar electrozii topiți devin mai groși. În timpul unei descărcări, totul se întâmplă în ordine inversă: materialul electrozilor (ionii) se transformă parțial în electrolit, astfel încât stratul de lichid central crește, iar electrozii laterali se contractă.
Un astfel de sistem, care utilizează un principiu de funcționare și un design destul de neobișnuit pentru bateriile chimice, după cum sa dovedit, este capabil să reziste la un număr mare de cicluri de încărcare și descărcare, de multe ori mai mare decât orice ar putea demonstra bateriile anterioare și, în plus, poate trimite și recepționa curenți gigantici fără nicio deteriorare (pur și simplu nu există nimic în sistem care să se defecteze). În cele din urmă, toate componentele unei astfel de baterii s-au dovedit a fi surprinzător de ieftine, astfel încât astfel de sisteme pot fi instalate oriunde.
Autorii au construit un prototip de baterie topită. Capacitatea sa specifică nu este încă foarte impresionantă. Dar acest lucru nu este atât de critic - pentru un dispozitiv staționar de stocare a energiei, masa sistemului nu este foarte importantă. În plus, oamenii de știință cred că toate caracteristicile noii baterii pot fi îmbunătățite serios prin menținerea principiului de funcționare, dar selectând alte componente.
Dezvoltatorii promit că vor aduce prototipul creat într-o versiune comercială în cinci ani. Și acest lucru este destul de rapid, având în vedere că bateriile fierbinți de tipurile anterioare, deși au fost inventate cu foarte mult timp în urmă, sunt încă considerate exotice, în ciuda tuturor încercărilor de a le îmbunătăți.
Bazat pe materiale de la sciencedaily.com, physorg.com, membrane.ru și alte surse