Medzinárodná energetická agentúra predpovedá, že celosvetový podiel obnoviteľnej energie na celkovej výrobe energie vzrastie do roku 2021 na 28 %. Zároveň sa budú vyvíjať technológie, ktoré dokážu riešiť hlavný problém„zelená“ energia – nerovnomerná výroba elektriny. Odborníci sú presvedčení, že odvetvie skladovania energie zažije v blízkej budúcnosti rýchly rast.

Solárna elektráreň funguje efektívne len počas dňa a pri bezoblačnej oblohe a veterná turbína funguje len vtedy, keď fúka vietor a tieto výpadky vo výrobe je potrebné nejako kompenzovať. Napríklad časť vyrobenej energie akumulovať pomocou priemyselných batérií a spotrebovať ju počas večerných a ranných špičiek spotreby.

Zásobníky energie budú užitočné aj v prípade havárií v energetických systémoch. Ako poznamenáva Maxim Ryabchitsky, vedúci školiaceho strediska ABB v Ruskej federácii, dnes sú objemy výroby a spotreby elektriny vyrovnané a elektrárne sú prispôsobené harmonogramu spotrebiteľa. No v prípade náhlych výpadkov energetického systému, rozsahom porovnateľného s ruským, situáciu zachráni batéria s kapacitou 10–20 MW, schopná pokryť energetický deficit na 1,5–2 hodiny.

S podporou vlády

Podľa šéfa spoločnosti Rusnano Anatolija Čubajsa bude podiel obnoviteľných zdrojov energie na celkovom objeme výroby do roku 2050 predstavovať 40 % globálnej energetickej bilancie a skladovanie elektriny sa stane komerčne zavedenou technológiou, v dôsledku čoho „ prídeme do iného energetického priemyslu.“

„Globálny a ruský elektroenergetický priemysel je jeden krok od transformácie základného technologického princípu – zosúladenia úrovne výroby a spotreby v jedinom časovom bode. Prelomovou technológiou, ktorá oddelí výrobu a spotrebu, je skladovanie energie. Táto technológia úplne zmení celý dispečerský systém, pomer klasickej a alternatívnej elektriny a mnoho ďalšieho. Ak k technológii skladovania energie pridáme dobrú IT logiku, bude to nepochybne revolúcia,“ domnieva sa Chubais.

Pochopenie problému existuje aj na štátnej úrovni. Začiatkom tohto roka podpredseda vlády Arkadij Dvorkovič poveril ministerstvo energetiky a Rusnano vypracovaním technických špecifikácií na vytvorenie štátneho programu na podporu priemyselného klastra skladovania elektriny (power storage). Účastníci stretnutia s podpredsedom vlády sa tiež domnievali, že priemyselné skladovanie elektriny je na začiatku boomu, ktorý ovplyvní izolované malé elektrické farmy a dopravu.

Rusnano verí, že štátna podpora vytvorí skupinu národných hráčov na trhu. Plánuje sa stimulovať dopyt po úložných zariadeniach kompenzáciou rizík investičných projektov a zvyšovaním ich investičnej atraktivity. Použitie priemyselných batérií umožní vytvárať nákladovo efektívne lokálne energetické systémy, vyrovnávať špičky spotreby a vytvárať trhy na obchodovanie s elektrinou pre distribuovanú energiu, poznamenáva spoločnosť.

Elektrochémia a život

V súčasnosti bolo vynájdených mnoho metód na skladovanie elektriny vo veľkom meradle, ale prednosť má konštrukcia bežných elektrochemických batérií o veľkosti domu.

Celková kapacita prevádzkovaných a rozostavaných priemyselných zásobníkov energie vo svete je podľa poradenskej spoločnosti IHS asi 3 GW. Analytici sú však presvedčení, že odvetvie skladovania energie zažije v blízkej budúcnosti rýchly rast.

Hlavnými problémami experimentálnych priemyselných úložných zariadení sú vysoká cena a nízka kapacita, zatiaľ neexistuje masovo ekonomicky opodstatnená technológia na ich výstavbu (vyniká tu technológia Tesla, o ktorej sa hovorí nižšie). Podľa Maxima Ryabchitského výskum, ktorý sa uskutočnil za posledných 20 rokov, vytvoril veľa vzoriek (aj tých najexotickejších) skladovania energie, ale tie ešte neprekročili pilotnú prevádzku a existujúce batérie sú príliš drahé a majú nízku účinnosť. . To znamená, že batérie sú stále drahšie ako samotné solárne elektrárne.

riaditeľ Podnikovej asociácie solárna energia Anton Usachev predpovedá, že s rastúcim podielom obnoviteľných zdrojov energie na energetickej bilancii bude rásť aj potreba kapacitných skladovacích systémov, najväčší dopyt bude v krajinách, ktoré plánujú podiel obnoviteľných zdrojov energie na výrobe minimálne 25–30 %. .

Výkon riešení skladovania energie používaných v dnešnom svete spravidla nie je vyšší ako 1–2 MW. Taliansky Enel teda spustil na jeseň 2015 v Catanii prvé skladovanie elektriny na solárnej stanici 10 MW s kapacitou batérie 2 MWh a plánuje veternú farmu 18 MW v južnom Taliansku s lítium-iónovými batériami tiež zn. 2 MWh.

V nemeckej dedine Feldheim sa objavil najväčší európsky priemyselný zásobník energie. Oficiálne sa podnik nazýva Regionálna regulačná elektráreň. Účelom stanice s kapacitou 10 MW a kapacitou batérie 10,8 MWh je akumulovať prebytočnú elektrinu vyrobenú z obnoviteľných zdrojov energie, zabezpečiť stabilitu elektrickej siete a vyhladzovať dočasné zmeny frekvencie.

Niekoľko spoločností (RWE, Vionx, LG, SMA, Bosch, JLM Energy, Varta) začalo dodávať na trh priemyselné a rezidenčné systémy na skladovanie energie, ktoré fungujú aj na rôznych lítium-iónových batériách, predovšetkým na fosforečnane lítno-železitom (LiFePO4 ), ako aj vanádiové batérie. Japonsko pokročilo ďalej než ostatné s technológiou horúcich batérií. V tomto ohľade nemožno opomenúť úspechy spoločnosti Tesla, ktorá je tu pred ostatnými, v neposlednom rade vďaka kompetentnému PR svojich produktov, vynikajúcemu dizajnu, pokročilým technologickým riešeniam a „agresívnej“ cene.

Elon Musk minulý rok predstavil projekt Powerwall – nástennú lítium-iónovú batériu pre domácnosť s kapacitou 10 kWh (to je asi tucet štandardných autobatérií). Batéria stačí na pokrytie denná požiadavka v dodávkach elektriny priemernej americkej rodiny. Stojí 3500 dolárov. Je zaujímavé, že vývoj spoločnosti Tesla vám umožňuje rozšíriť systém až na deväť jednotiek pridaním ďalších jednotiek Powerwall.

Skutočne priemyselnou batériou však bude s najväčšou pravdepodobnosťou ďalší vývoj od Tesly – batéria Powerpack. Vzhľadovo a rozmerovo sa podobá chladničke a má kapacitu desaťkrát väčšiu ako Powerwall – 100 kWh.Powerpack je tiež modul. Pridaním takýchto modulov do úložiska môžete kapacitu úložiska zvyšovať takmer neobmedzene. Podľa Elona Muska už v Spojených štátoch existujú energetické spoločnosti, ktoré fungujú na báze technológie Powerpack a disponujú skladovacou kapacitou 250 MWh.

Skladovanie a distribúcia elektriny po sieti v objeme 5 tisíc MWh môže byť podľa prepočtov PwC v USA ekonomicky rentabilné pri cene vrátane inštalácie 350 USD za 1 kWh Cena za bod kapacity pri použití modulov Powerpack je 250 dolárov.

Alternatívne hromadenie

Alternatívou k elektrochemickým priemyselným batériám by mohla byť výstavba „zelených“ energetických zariadení v blízkosti prečerpávacích elektrární – prečerpávacích staníc, ktoré uchovávajú energiu vo forme vody. Pôvodným účelom prečerpávacích elektrární je vyrovnať heterogenitu denného harmonogramu elektrického zaťaženia. S rozvojom obnoviteľných zdrojov energie budú prečerpávacie stanice schopné vyrovnať aj diskrétnosť výroby energie solárnymi elektrárňami a veternými turbínami.

Podľa amerického ministerstva energetiky momentálne vo svete funguje 292 prečerpávacích systémov s celkovou kapacitou 142 GW. Ďalších 46 staníc s celkovou kapacitou 34 GW je vo výstavbe. Účinnosť moderných prečerpávacích elektrární je 70–75 %.

„Spomedzi všetkých technológií skladovania energie sú prečerpávacie systémy najspoľahlivejšie, osvedčené a komerčne životaschopné batérie,“ hovorí Vladimir Koritarov, zamestnanec oddelenia energetiky v Argonne National Laboratory (Illinois). Podľa jeho názoru 98 % existujúcich zariadení na ukladanie energie na svete tvoria prečerpávacie elektrárne. Dnes sú prečerpávacie elektrárne opäť v centre pozornosti, a to nielen v súvislosti s boomom obnoviteľných zdrojov energie, hovorí Koritarov.

Napríklad v Španielsku, kde sa asi 20 % energie vyrába vetrom, sú skladovacie zariadenia vodnej elektrárne Cortes-La Muela počas veterných nocí naplnené veternými elektrárňami, a keď vietor utíchne alebo sa zvýši dopyt po energii, voda z horná nádrž sa používa na otáčanie turbín a výrobu energie. Ide o najväčší komplex svojho druhu v Európe s kapacitou 1 762 MW, ktorý dokáže napájať 500 000 domácností.

V Spojených štátoch je v štádiu plánovania projekt prečerpávacej elektrárne JD Pool v štáte Washington s kapacitou 1 200 MW. Jeho dvojica horných nádrží bude umiestnená medzi radmi veterných turbín na Kolumbijskej plošine. Celková kapacita 47 veterných elektrární nachádzajúcich sa v štátoch Washington a Oregon v tesnej blízkosti navrhovaného staveniska prečerpávacej elektrárne je 4 695 MW. To stačí nielen na zásobovanie okolitých podnikov a domácností elektrickou energiou, ale aj na naplnenie nádrží JD Pool vodou.

Ale dnes existujú určité ťažkosti pri kombinovaní solárnych elektrární a prečerpávacích elektrární. Veľké solárne elektrárne sa zvyčajne nachádzajú v horúcich púštnych oblastiach, kde sú problémy s vodou. Aj keď v prítomnosti hlbokých podzemných horizontov možno tento problém vyriešiť. Veľa vody ale bude treba odčerpať spod zeme, pretože prečerpávacia elektráreň je stavba, na ktorej veľkosti záleží.

Fantázia bez bŕzd

Keď existuje objednávka a je implikovaný rozpočet, mozgy vedcov začnú pracovať s pomstou. V laboratóriách po celom svete prebieha hľadanie spôsobov skladovania energie, ktoré sú alternatívou k chemickým batériám, čo niekedy vedie k veľmi exotickým projektom.

Ministerstvo energetiky a klimatických zmien Spojeného kráľovstva investovalo do vývoja zariadenia na skladovanie energie, ktoré poháňa skvapalnený vzduch. Zariadenie dostalo názov LAES a vyvíja výkon 350 kW h. Testy boli úspešné a projekt má vyhliadky na škálovanie.

Inštalácia funguje nasledovne. Pri prebytku elektriny sa vzduch skvapalňuje v nádobe vysokej 12 m s priemerom 3 m. A keď treba, opäť sa premení na prúd.

V oblasti Tehachapi (Kalifornia, USA) sa nachádza ďalšie neobvyklé experimentálne skladovacie zariadenie, ktoré ukladá energiu pomocou gravitácie. Volá sa ARES a vyzerá ako detská železnica (rozchod je len 381 mm). Keď fúka vietor, príves poháňaný elektromotorom ide po konári do kopca, akumuluje energiu a keď utíchne, zariadenie sa skotúľa. Jeho motor v tomto momente funguje ako generátor a dodáva energiu do siete.

Šmykľavka sa nachádza vedľa parku veterných turbín. Hmotnosť experimentálneho vozíka je 5670 kg. Jednou z výhod projektu sú nižšie náklady na životný cyklus v porovnaní s batériami. Zároveň je účinnosť systému 86%.

V susednej Nevade, kde pre nedostatok vody nie je možné postaviť rovnakú prečerpávaciu elektráreň, sa v budúcnosti plánuje výstavba systému s objemom uskladnenej energie 12,5 MWh. traťová cesta dlhá 8 km a sklon 6,6 stupňa. Po nej sa bude pohybovať 17 spojok: dve lokomotívy s hmotnosťou 220 ton a dva vozne s betónové bloky s hmotnosťou 150 ton každý.

Zdroje: ITAR-TASS, noviny Kommersant, webové stránky obnoviteľné energieworld.com, digitalsubstation.ru,tesla.com/powerwall, Resilience.org, alternativenergy.ru

Elektroenergetika je jednou z mála oblastí, v ktorej neexistuje veľkokapacitné skladovanie vyrobených „produktov“. Priemyselné skladovanie energie a výroba rôznych typov akumulačných zariadení je ďalším krokom vo veľkom elektroenergetike. Teraz je táto úloha obzvlášť naliehavá – spolu s rýchlym rozvojom obnoviteľných zdrojov energie. Napriek nepopierateľným výhodám obnoviteľných zdrojov energie zostáva jedna dôležitá otázka, ktorú treba vyriešiť pred plošným zavedením a využívaním alternatívnych zdrojov energie. Aj keď je veterná a solárna energia šetrná k životnému prostrediu, ich tvorba je prerušovaná a vyžaduje skladovanie energie na neskoršie použitie. Pre mnohé krajiny by bolo mimoriadne naliehavou úlohou získať technológie sezónneho skladovania energie – kvôli veľkým výkyvom spotreby energie. Ars Technica pripravila zoznam najlepšie technológie skladovanie energie, povieme si o niektorých z nich.

Hydraulické akumulátory

Najstaršia, najvyspelejšia a najrozšírenejšia technológia na skladovanie energie vo veľkých objemoch. Princíp činnosti hydraulického akumulátora je nasledovný: existujú dve vodné nádrže - jedna je umiestnená nad druhou. Keď je dopyt po elektrickej energii nízky, energia sa využíva na čerpanie vody do hornej nádrže. Počas špičkových hodín spotreby elektriny sa voda odvádza do hydrogenerátora, ktorý je tam nainštalovaný, voda roztáča turbínu a vyrába elektrinu.

Nemecko plánuje v budúcnosti využiť staré uhoľné bane na vytvorenie prečerpávacích nádrží a nemeckí výskumníci pracujú na vytvorení obrovských betónových hydroskladovacích gúľ umiestnených na dne oceánu. V Rusku existuje PSPP Zagorskaya, ktorá sa nachádza na rieke Kunya neďaleko obce Bogorodskoye v okrese Sergiev Posad v Moskovskej oblasti. PSPP Zagorskaya je dôležitým infraštruktúrnym prvkom energetického systému centra, podieľa sa na automatickej regulácii frekvencie a tokov energie, ako aj pokrýva denné špičkové zaťaženie.

Ako povedal Igor Ryapin, vedúci odboru Združenia „Spoločenstvo spotrebiteľov energie“ na konferencii „Nová energia“: Internet energie, ktorú organizovalo Energetické centrum Obchodnej školy Skolkovo, inštalovaný výkon všetkých hydraulických akumulátorov v svet je cca 140 GW, k prednostiam tejto technológie patrí veľký počet cyklov a dlhá životnosť, účinnosť cca 75-85%. Inštalácia hydraulických akumulátorov si však vyžaduje špeciálne geografické podmienky a je nákladná.

Zariadenia na uchovávanie energie stlačeného vzduchu

Tento spôsob skladovania energie je v princípe podobný hydrogenerácii – namiesto vody sa však do zásobníkov čerpá vzduch. Pomocou motora (elektrického alebo iného) sa do zásobníka čerpá vzduch. Na výrobu energie sa uvoľňuje stlačený vzduch a roztáča turbínu.

Nevýhodou tohto typu zásobníka je nízka účinnosť vzhľadom na to, že časť energie pri stláčaní plynu sa premieňa na tepelnú formu. Účinnosť nie je väčšia ako 55%, na racionálne využitie si pohon vyžaduje veľa lacnej elektriny, takže v súčasnosti sa technológia využíva najmä na experimentálne účely, celkový inštalovaný výkon vo svete nepresahuje 400 MW.

Roztavená soľ na skladovanie solárnej energie

Roztavená soľ udržuje teplo po dlhú dobu, preto sa umiestňuje do solárnych termálnych zariadení, kde teplo zbierajú stovky heliostatov (veľké zrkadlá sústredené na slnku). slnečné svetlo a zahrejte kvapalinu vo vnútri - vo forme roztavenej soli. Potom je odoslaný do nádrže, potom cez parný generátor otáča turbínu, ktorá vyrába elektrinu. Jednou z výhod je, že roztavená soľ pracuje pri vysokej teplote – viac ako 500 stupňov Celzia, čo prispieva k efektívnej prevádzke parnej turbíny.

Táto technológia pomáha predĺžiť pracovný čas, prípadne vykurovať miestnosti a poskytovať elektrinu vo večerných hodinách.

Podobné technológie sa používajú v solárnom parku Mohammed bin Rashid Al Maktoum Solar Park - najväčšej svetovej sieti solárnych elektrární, združených v jednom priestore v Dubaji.

Prietokové redoxné systémy

Prietokové batérie sú obrovská nádoba s elektrolytom, ktorá prechádza cez membránu a vytvára elektrický náboj. Elektrolytom môže byť vanád, ako aj roztoky zinku, chlóru alebo slanej vody. Sú spoľahlivé, ľahko sa používajú a majú dlhú životnosť.

Zatiaľ neexistujú komerčné projekty, celkový inštalovaný výkon je 320 MW, hlavne v rámci výskumných projektov. Hlavnou výhodou je, že je to zatiaľ jediná batériová technológia s dlhodobým energetickým výdajom – viac ako 4 hodiny. Medzi nevýhody patrí objemnosť a chýbajúca technológia recyklácie, čo je bežný problém všetkých batérií.

Nemecká elektráreň EWE plánuje postaviť v Nemecku najväčšiu prietokovú batériu na svete s kapacitou 700 MWh v jaskyniach, kde sa predtým skladoval zemný plyn, uvádza Clean Technica.

Tradičné batérie

Ide o batérie podobné tým, ktoré napájajú notebooky a smartfóny, no v priemyselnej veľkosti. Tesla dodáva takéto batérie pre veterné a solárne elektrárne a Daimler na to používa staré autobatérie.

Tepelné skladovanie

Moderný dom potrebuje chladiť – najmä v horúcom podnebí. Termálne zásobníky umožňujú cez noc zmraziť vodu uloženú v nádržiach, cez deň sa ľad topí a ochladzuje dom bez obvyklej drahej klimatizácie a zbytočných nákladov na energiu.

Kalifornská spoločnosť Ice Energy má rozpracovaných niekoľko podobných projektov. Ich myšlienkou je, že ľad sa vyrába iba počas období mimo špičky elektrickej siete a potom sa namiesto plytvania ďalšou elektrinou ľad používa na chladenie miestností.

Ice Energy spolupracuje s austrálskymi firmami, ktoré sa snažia priniesť na trh technológiu ľadových batérií. V Austrálii je vďaka aktívnemu slnku rozvinuté používanie solárnych panelov. Kombinácia slnka a ľadu zvýši celkovú energetickú efektívnosť a šetrnosť domácností k životnému prostrediu.

Zotrvačník

Superzotrvačník je inerciálny akumulátor. Kinetická energia pohybu v ňom uložená sa môže pomocou dynama premeniť na elektrickú energiu. Keď vznikne potreba elektriny, konštrukcia generuje elektrickú energiu spomalením zotrvačníka.

Možnosť skladovania elektriny v priemyselnom meradle je výhodná pre všetkých účastníkov trhu: výrobcov, dodávateľov, spotrebiteľov a regulátorov

Najnovšia analytická správa výskumných organizácií GTM Research a ESA U.S. Energy Storage Monitor hlási rekordné úrovne investícií do projektov skladovania energie. Objem rizikových investícií a financovania projektov v tomto sektore dosiahol v treťom štvrťroku 2016 660 miliónov USD s ročnou prognózou 812 miliónov USD Vidíme, že vo vyspelých krajinách sa technológie na skladovanie energie dostávajú do štádia „predkomerčného“ využitia.

Problém so šetrením

Hlavným rozdielom medzi elektroenergetikom a akýmkoľvek iným „fyzickým“ priemyslom je nemožnosť skladovania tovaru, ktorý vyrába, v priemyselnom meradle. V každej jednotke času musí tento priemysel vyrobiť presne toľko elektriny, koľko potrebuje spotrebiteľ.

Na zabezpečenie tejto schopnosti je potrebná buď drahá záložná generujúca kapacita, alebo zložité geograficky distribuované energetické systémy. Nie je možné mať v energetickom systéme len jadrové elektrárne (JE), ktoré nedokážu rýchlo odbúravať a zvyšovať záťaž, alebo len obnoviteľné zdroje energie (OZE) – slnko a vietor napríklad nemusia svietiť alebo fúkať. správny čas. Preto sa značná časť výroby uskutočňuje pomocou tradičných fosílnych zdrojov (uhlie, plyn), ktoré poskytujú spoľahlivosť a potrebnú manévrovateľnosť.

Prevádzkový režim akéhokoľvek energetického systému je určený predovšetkým stupňom jeho zaťaženia spotrebiteľmi. Spotreba elektriny v noci spravidla výrazne klesá a ráno a večer prekračuje úroveň dennej spotreby. A vo všeobecnosti, bez ohľadu na dennú dobu, elektrická záťaž sa neustále mení. Tieto neustále výkyvy sťažujú úlohu udržať rovnováhu medzi výrobou a spotrebou a vedú k tomu, že výrobné kapacity pracujú po značnú časť času v ekonomicky suboptimálnom režime.

Existujú tri tradičné typy elektrární: jadrové, tepelné (CHP) a vodné elektrárne (HPP). Z bezpečnostných dôvodov jadrové elektrárne neregulujú svoje zaťaženie. Vodné elektrárne sú oveľa vhodnejšie na prácu s nerovnomerným harmonogramom zaťaženia, no nie sú dostupné v každom energetickom systéme, a ak áno, nie vždy sú v požadované množstvo. Hlavná ťarcha vykrývania nerovnomernosti dennej spotreby elektriny teda dopadá na tepelné elektrárne. To následne vedie k ich prevádzke v nehospodárnom režime, zvyšuje spotrebu paliva a v dôsledku toho aj náklady na elektrinu pre spotrebiteľov.

Všetky vyššie uvedené problémy, ako aj množstvo ďalších, je možné vyriešiť pomocou priemyselných technológií skladovania energie.

Účinky akumulácie

1. Vplyv na výrobu: použitie akumulačných zariadení umožní optimalizovať proces výroby elektriny vyrovnaním harmonogramu zaťaženia najdrahších výrobných zariadení, ako aj vylúčením drahej výroby tepla z úlohy regulátora. To následne nevyhnutne povedie k zníženiu spotreby uhľovodíkových palív, zvýšeniu miery využitia inštalovaného výkonu elektrární, zvýšeniu spoľahlivosti dodávok energie a zníženiu potreby výstavby nových kapacít.

2. Efekt pre vládne nariadenie: akumulačné zariadenia umožňujú vytvárať energetickú rezervu bez nadmernej prevádzky výrobných kapacít, optimalizovať prevádzkový režim elektrární a zabezpečiť plynulý prechod nočných minimálnych a denných maximálnych záťaží.

3. Vplyv pre spotrebiteľov: elektrina zlacnie, zvýši sa spoľahlivosť napájania, je možné zabezpečiť chod kritických zariadení pri výpadkoch elektriny a vytvoriť rezervu pre prípad havárií.

4. Vplyv na komplex elektrickej siete: úložné zariadenia znižujú špičkové zaťaženie elektrické rozvodne a náklady na modernizáciu sieťovej infraštruktúry, zvýšiť kvalitu a spoľahlivosť dodávok energie spotrebiteľom.

Dodatočné efekty

V súčasnosti je jedným z hlavných trendov globálnej energetiky rozvoj výroby obnoviteľnej energie. Spomedzi krajín rozvíjajúcich zelenú energiu sú najvýraznejšími príkladmi Dánsko, ktoré generuje 140 % národného dopytu po energii využívaním obnoviteľných zdrojov energie, a Nemecko, kde obnoviteľné zdroje energie predstavujú približne 50 % inštalovanej kapacity elektrární (94 zo 182 GW) a tento podiel neustále rastie. V určitých časoch môžu obnoviteľné zdroje energie pokryť až 100 % dopytu po elektrine. Tepelné aj jadrové elektrárne musia zároveň plniť záložnú funkciu, keďže výroba obnoviteľnej energie nie je konštantná. Zariadenia na uskladnenie elektriny môžu byť spôsobom, ako pokračovať v úspešnej integrácii obnoviteľných zdrojov energie do energetických systémov rôznych krajín, vyrovnajú výkyvy vo výrobe obnoviteľných zdrojov energie a vyrovnajú harmonogram zaťaženia.

Ďalším trendom je rozvoj distribuovanej energie. Spotrebitelia chcú minimalizovať svoje náklady a inštalovať si vlastné zdroje (napríklad solárne panely alebo veterné generátory). V krajinách, kde je podiel distribuovanej výroby vysoký, vzniká problém integrácie takýchto spotrebiteľov do trhového systému. Keďže samotný spotrebiteľ odoberá zo svojho zdroja toľko elektriny, koľko v danom čase potrebuje, môže mať prebytok. Problém predaja tohto prebytku do siete je možné vyriešiť pomocou pohonov. Okrem toho sa dajú použiť aj na vytváranie individuálnych rezerv.

Technologická súťaž

Dnes 99 % priemyselnej akumulácie a skladovania elektriny (asi 132,2 GW) zabezpečujú prečerpávacie elektrárne (PSPP). Všetky ostatné technológie skladovania predstavujú 1 %, najmä skladovanie stlačeného vzduchu, sulfidové batérie a lítiové batérie. Najosvedčenejšími akumulačnými zariadeniami sú prečerpávacie elektrárne a zariadenia pracujúce na technológii stlačený vzduch. Ďalšie technológie sú stále v procese vývoja.

Kým však prečerpávacie elektrárne a zariadenia využívajúce technológie stlačeného vzduchu dokážu uskladniť dostatočne veľké objemy elektriny na niekoľko hodín, sú dosť obmedzené z hľadiska dodávky veľkého množstva energie na podporu alebo vyrovnanie rôznych krátkodobých výkyvov.

Pokiaľ ide o batérie, súčasné odhady nákladov na inštaláciu sa pohybujú od 200 do 800 USD za kW inštalovanej kapacity. Najnižšie náklady zodpovedajú oloveným batériám, pretože sú na vyššom stupni technologického vývoja. Tento rozsah je na spodnej hranici cenového rozpätia pre prečerpávacie zásobníky, ale je oveľa nižší ako iné potenciálne a nové technológie skladovania. Hlavnou nevýhodou olovených a iných batérií je však ich nízka životnosť v porovnaní s prečerpávacími elektrárňami, ktoré majú oveľa dlhšiu životnosť. Životnosť batérií sa výrazne líši v závislosti od frekvencie používania, rýchlosti vybíjania a počtu cyklov hlbokého vybitia.

Potrebuje Rusko technológie na skladovanie energie?

Skladovanie elektriny označil McKinsey Global Institute za jednu z 12 prevratných technológií, ktoré výrazne zmenia globálnu ekonomiku. BCC Research odhaduje, že trh so všetkými typmi nabíjateľných batérií porastie v nasledujúcich desiatich rokoch zloženým ročným tempom rastu 18,7 %, zo 637 miliónov USD v roku 2014 na 3,96 miliardy USD v roku 2025.

Kapacita elektrických akumulačných zariadení v krajinách EÚ, USA a Číne sa podľa rôznych scenárov Medzinárodnej energetickej agentúry do roku 2050 zvýši z dvojnásobku na osemnásobok. V Rusku sa po roku 2022 predpovedá nový investičný cyklus v energetickom sektore. Potenciálny priestor pre nové energetické zariadenia sa odhaduje na 15-30 GW. Investície by do roku 2035 mohli dosiahnuť 500 až 700 miliárd dolárov. Zároveň takmer všetci účastníci trhu budú môcť ťažiť z používania úložných zariadení.

Wikimedia Commons

Možno najstaršia forma moderného skladovania energie viazaného na sieť. Princíp činnosti je jednoduchý: existujú dve vodné nádrže, jedna vyššia ako druhá. Keď je dopyt po elektrine nízky, energiu možno použiť na čerpanie vody smerom nahor. Počas špičkových hodín sa voda rúti dole, roztáča hydrogenerátor a vyrába elektrinu. Podobné projekty vyvíja napríklad Nemecko v opustených uhoľných baniach či guľovitých kontajneroch na dne oceánu.

Stlačený vzduch

Power South

Vo všeobecnosti sa táto metóda podobá predchádzajúcej, až na to, že namiesto vody sa do nádrží čerpá vzduch. V prípade potreby sa uvoľní vzduch a roztočí turbíny. Táto technológia teoreticky existuje už niekoľko desaťročí, ale v praxi je kvôli jej vysokej cene len niekoľko funkčných systémov a niekoľko ďalších testovacích. Kanadská spoločnosť Hydrostor vyvíja veľký adiabatický kompresor v Ontáriu a na Arube.

Roztavená soľ

SolarReserve

Solárna energia môže byť použitá na ohrev soli na požadovanú teplotu. Vzniknutú paru buď okamžite premení generátor na elektrickú energiu, alebo ju na niekoľko hodín uskladní ako roztavenú soľ, aby napríklad večer vykurovala domácnosti. Jedným z takýchto projektov je solárny park Mohammed bin Rashid Al Maktoum v Spojených arabských emirátoch. A v laboratóriu Alphabet X je možné použiť roztavené soli v kombinácii s nemrznúcou zmesou, aby sa zachovala prebytočná slnečná alebo veterná energia. Georgia Tech nedávno vybudovala efektívnejší systém, ktorý nahrádza soľ tekutým kovom.

Prietokové batérie

Vedci z CERN-u: „Vesmír by nemal existovať“

Redox prietokové batérie pozostávajú z obrovských nádrží s elektrolytom, ktoré prechádzajú cez membrány a vytvárajú elektrický náboj. Typicky sa ako elektrolyt používa vanád, ako aj roztoky zinku, chlóru alebo slanej vody. Sú spoľahlivé, ľahko sa používajú a majú dlhú životnosť. Najväčšia prietoková batéria na svete bude postavená v jaskyniach v Nemecku.

Tradičné batérie

SDG&E

Calmac

V noci je voda uložená v nádržiach zamrznutá a cez deň sa ľad topí a ochladzuje susedné domy, čo vám umožňuje ušetriť na klimatizácii. Táto technológia je atraktívna pre regióny s horúcim podnebím a chladnými nocami, ako je Kalifornia. V máji tohto roku NRG Energy dodala 1800 priemyselných ľadových batérií do južnej Kalifornie Edison.

Super zotrvačník

Sila majáku

Táto technológia je určená na uchovávanie kinetickej energie. Elektrina spúšťa motor, ktorý ukladá rotačnú energiu do bubna. V prípade potreby sa zotrvačník spomalí. Vynález nie je široko používaný, aj keď môže byť použitý na zabezpečenie neprerušiteľného napájania.

Y.N.ELDYSHEV Problém skladovania energie je jedným z najdôležitejších nielen v energetike, ale aj v ekonomike (ako aj vo vede) všeobecne. Ešte to nie je úplne vyriešené. Naša neschopnosť efektívne skladovať a skladovať výslednú energiu má obzvlášť neblahý vplyv na vývoj takýchto relatívne „čistých“ spôsobov jej výroby s využitím obnoviteľných zdrojov energie, akými sú vodná, solárna alebo veterná energia. Z takýchto zdrojov totiž stále nedokážeme zabezpečiť garantovaný prísun energie pre spotrebiteľov z dôvodu pochopiteľných denných, sezónnych, ba aj zle predvídateľných zmien ich výkonu. Preto sú akékoľvek informácie o úspechoch v tejto oblasti veľmi zaujímavé.
Projekt metánu
O novom spôsobe skladovania energie získanej z obnoviteľných zdrojov energie (jej jednou z hlavných nevýhod je nestabilita a nepredvídateľnosť výroby energie) nedávno informovala tlačová služba Fraunhofer Society (Spoločnosť Josepha Fraunhofera je nemecký ekvivalent Ruská akadémia inžinierske vedy, jej hlavným cieľom je podporovať rozvoj aplikovaného výskumu). Nemeckí vedci vyvinuli technológiu, pri ktorej sa prebytočná elektrina generovaná solárnymi alebo veternými elektrárňami a momentálne nepotrebná premieňa na metán. Takto získaný plyn je možné skladovať na dobu neurčitú a využívať podľa potreby s využitím existujúcej plynárenskej infraštruktúry.
Pilotný projekt, ktorý vyvinulo Centrum pre výskum solárnej energie a vodíka so sídlom v Stuttgarte (Nemecko), v súčasnosti realizujú spolupracujúce spoločnosti v Rakúsku a Nemecku. Na rok 2012 sa plánuje spustenie priemyselnej stanice s výkonom desiatok megawattov založenej na tejto technológii.
Podľa vývojárov demonštračný systém postavený v Stuttgarte využíva prebytočnú energiu generovanú solárnymi panelmi a veternými elektrárňami (WPP) na elektrolytickú disociáciu vody na kyslík a vodík. Následne výsledný vodík v spojení s oxidom uhličitým dodávaným do systému vytvára metán, ktorý je už možné skladovať a kedykoľvek použiť na výrobu energie. Podľa vedcov je účinnosť takejto transformácie nad 60%.
Nie je žiadnym tajomstvom, že „klasické“ spôsoby skladovania elektriny v kondenzátoroch a batériách si vyžadujú vytvorenie špeciálnej (dodatočnej a dosť drahej) infraštruktúry. Na rozdiel od takýchto spôsobov skladovania energie vo forme metánu v Nemecku, ako v mnohých iných krajinách, už existuje všetka potrebná infraštruktúra – ide o distribuovaný systém veľkokapacitných zásobníkov plynu. Autori tejto technológie sa preto domnievajú, že môže mať dobré vyhliadky, pretože takáto transformácia so slušnou účinnosťou je „určite lepšia ako úplná strata elektriny, ktorú nemožno využiť tu a teraz“. K dnešnému dňu však nebolo navrhnutých veľa skutočných alternatív „premeny plynu“ ako spôsobu skladovania energie.
„Achilova päta“ hydraulických akumulátorov
prečerpávacia elektráreň vzhľad sa môžu značne líšiť: mnohé akumulačné stanice je takmer nemožné odlíšiť od bežnej vodnej elektrárne umiestnenej na rieke s výrazným sklonom, existujú však aj také, ktoré majú veľmi neobvyklý zásobná nádrž, ako je napríklad stanica Taum Sauk v Missouri (USA), ktorá priťahuje pozornosť mnohých turistov. Ale v každom prípade má tento spôsob skladovania a prerozdeľovania energie vážnu nevýhodu - potrebu odcudziť veľké plochy pre horné a dolné bazény, ako aj rozsiahle (a drahé) stavebné práce.
Alternatíva vody
Jedným z najstarších zariadení na akumuláciu energie je prečerpávacia elektráreň (PSPP). Toto je názov typu vodnej elektrárne špeciálne navrhnutej na vyrovnanie dennej heterogenity elektrického zaťaženia. PSPP využíva komplex elektrických generátorov a elektrických čerpadiel alebo špeciálnych reverzibilných hydroelektrických jednotiek, ktoré môžu fungovať ako generátory aj ako čerpadlá. Prečerpávacia elektráreň pri minimálnej spotrebe energie odoberá lacnú elektrinu z elektrickej siete a využíva ju na prečerpávanie vody do horného bazéna, teda funguje ako čerpadlo. A počas ranných a večerných špičiek spotreby energie prečerpávacia elektráreň vypúšťa vodu z horného toku do dolného toku, pričom vyrába drahú „špičkovú“ elektrinu, ktorú posiela do elektrickej siete, teda funguje ako elektrický generátor.
Keďže v oboch režimoch je účinnosť takejto elektrárne nižšia ako 100 %, je zrejmé, že v konečnom dôsledku prečerpávacia elektráreň spotrebuje viac elektriny ako vyrobí, teda formálne sa ukazuje ako nerentabilná. Netreba však zabúdať, že prečerpávacie elektrárne spotrebúvajú „lacnú“ energiu a dodávajú „drahú“ energiu do siete, takže hospodársky výsledok sa nezhoduje s energetickou bilanciou a nie je určený jednoduchými aritmetickými operáciami. Faktom je, že vo veľkých energetických sústavách tvorí významný podiel kapacita tepelných a jadrových elektrární, ktoré nedokážu rýchlo znížiť výrobu elektriny pri poklese spotreby energie alebo s veľkými stratami. Preto sú komerčné náklady na elektrinu v období najvyššej („špičkovej“) spotreby v energetickej sústave oveľa vyššie ako v období jej minimálnej spotreby a využitie prečerpávacích elektrární sa ukazuje ako nákladovo efektívne. , čím sa zvyšuje tak rovnomernosť zaťaženia ostatných kapacít energetického systému, ako aj spoľahlivosť dodávky energie vo všeobecnosti.
Prečerpávacia elektráreň vyzerá ako jednoduchý a spoľahlivý systém skladovania energie, ktorý má veľa výhod a len jednu, no veľmi významnú slabinu: nedá sa postaviť všade a zaberá veľa miesta.
Energiu je možné skladovať... v chladničke
Nedávno bolo navrhnuté skladovať „veternú energiu“ (elektrina získaná z veterných turbín) zmenou teploty v obrovských chladiarenských skladoch, čo si nevyžaduje takmer žiadne kapitálové výdavky. Skupina výskumníkov z univerzít v Bulharsku, Dánsku, Španielsku a Holandsku vyvinula projekt Night Wind, zameraný na vytvorenie celoeurópskeho systému skladovania veternej energie založenom na využití prvkov existujúcej infraštruktúry.
Myšlienka je jednoduchá: v noci, keď spotreba elektriny klesne, ale veterné turbíny pokračujú v prevádzke, sa navrhuje, aby sa elektrická energia, ktorú vyrobia, použila na zníženie teploty v existujúcich chladničkách veľkých skladov potravín. Odhady ukázali, že stačí znížiť teplotu len o 1 °C oproti bežnej norme. Inými slovami, energia sa bude „uskladňovať“ v dôsledku ochladzovania tisícok ton rôznych produktov, ktoré sa budú skladovať ako obvykle niekde v Dánsku, Holandsku alebo Francúzsku. Počas dňa, keď sa spotreba elektriny mnohonásobne zvýši, je možné všetky tieto obrie chladničky jednoducho odpojiť od siete, až kým sa v nich teplota postupne nezvýši o rovnaký 1 °C, teda nevráti sa na zvyčajnú hodnotu.
A hoci, ako je známe, samotné chladničky, aj tie najgigantnejšie, samozrejme, žiadnu elektrinu nevyrábajú, takéto výkyvy teplôt sú len jeden stupeň s periódou dňa, ak sa aplikujú na všetky veľké chladiarenské sklady v r. Európa bude podľa odhadov autorov projektu ekvivalentná objaveniu sa superbatérie s kapacitou 50 GWh vo všeobecnej energetickej sieti!
Efektívnosť nápadu autori projektu demonštrovali už v roku 2007 inštaláciou veternej turbíny vedľa jedného z najväčších chladiarenských skladov v Bergene (Holandsko) a nastavením elektronického riadiaceho systému chladničky podľa vyššie opísaného princípu. Osud projektu je teda teraz v rukách energetických ekonómov, ktorí sa musia rozhodnúť, nakoľko je vhodné spoliehať sa na tento konkrétny spôsob skladovania energie.
Zotrvačníky
Mnoho odborníkov stále považuje zotrvačníky za veľmi perspektívne zariadenie na uchovávanie energie. Diskusie o nich sa vedú už desaťročia. Ale len nedávno boli vyvinuté skutočne funkčné projekty, ktoré demonštrujú možnosti takýchto pohonov v praxi.
Ešte v roku 1964 profesor N.V. Gulia (v poslednom čase vedúci katedry Moskovskej štátnej priemyselnej univerzity) navrhol nový typ zotrvačníka, ktorý mal slúžiť ako zásobník energie. Nebol to pevný disk, ale jadro so stovkami, ba až tisíckami vrstiev tenkej oceľovej (neskôr plastovej) pásky, uzavretej v obale, vo vnútri ktorého sa vytvorilo vákuum na zníženie trecích strát. Ako sa ukázalo, takéto superzotrvačníky mohli „absorbovať“ pomerne veľa energie na jednotku hmotnosti, pretože energia, ktorú uložili, bola určená predovšetkým maximálnou rýchlosťou otáčania (keďže bola úmerná jej druhej mocnine a závisela lineárne od hmotnosti), ktorá bola zase obmedzená pevnosťou zvoleného materiálu.
Moderné superzotrvačníky s vinutím z uhlíkových vlákien majú špecifický energetický obsah až 130 Wh/kg. To je o niečo horšie ako výkon najlepších lítium-iónových batérií, ale aj zotrvačníky majú svoje výhody: sú oveľa lacnejšie, odolnejšie a bezpečnejšie (nielen pre zdravie obsluhujúceho personálu, ale rovnako dôležité pre prostredie).
Sám vynálezca pred 40 rokmi veľa experimentoval so superzotrvačníkmi, pretože ich považoval za sľubné zariadenia na ukladanie energie na prepravu a dokonca postavil niekoľko vzoriek takýchto Vozidlo. Uvažoval aj o ich využití v energetickom sektore ako alternatíve k batériám, no až donedávna sa myšlienka využitia zotrvačníkov na skladovanie energie nie v laboratóriách, ale v priemyselnom meradle a v existujúcich energetických sieťach zdala odborníkom exotická a dokonca utopická. . Až v posledných rokoch začali niektoré spoločnosti na Západe seriózny výskum v tejto oblasti.
Špecialisti z americkej spoločnosti Beacon Power preto vyvinuli sadu stacionárnych superzotrvačníkov určených na pripojenie k priemyselným energetickým sieťam. Sú vyrobené z obrovského množstva vrstiev ultrapevných kompozitných materiálov na báze uhlíkových vlákien, aby odolali enormnej záťaži, čo umožňuje zvýšiť rýchlosť ich rotácie na štandardných 22,5 tisíc otáčok za minútu v prostredí vysokého vákua. Zotrvačníky na magnetických závesoch sa otáčajú vo valcových nádobách vysokých asi 1 m (nové modely budú vyššie ako človek), vo vnútri ktorých sa vytvára vákuum. Hmotnosť takejto konštrukcie môže dosiahnuť 1 tonu.
Na oceľovom hriadeli zotrvačníka (na tom istom mieste - vo vnútri utesneného oceľového valcového puzdra) je umiestnený rotor reverzibilného elektrického stroja - motorgenerátor s permanentným magnetom, ktorý roztáča zotrvačník, akumuluje energiu, alebo ju uvoľňuje, pričom generuje elektrický prúd, keď je pripojená záťaž.
Odhadovaná životnosť takéhoto dizajnu je 20 rokov, rozsah prevádzkových teplôt je od -40 do +50 ° C, odolá zemetraseniam s magnitúdou až 7,6 stupňa Richterovej stupnice, inými slovami, má vlastnosti, ktoré sú teraz úplne nereálne pre existujúce chemické batérie.
Vzduch šetrí energiu
Americká spoločnosť Magnum Energy NS sa chystá využiť podzemné jaskyne v hĺbke asi 1,5 km na uskladnenie skvapalneného vzduchu používaného na výrobu elektriny. Plánuje sa vytvorenie skladovacích zariadení pri meste Delta v Utahu, kde sú obrovské podzemné zásoby soli, ktoré dúfajú vyplaviť pomocou špeciálneho vybavenia. V prvej etape sa plánuje vybavenie zásobníkov zemného plynu vyrábaného v blízkosti - v Skalistých horách. Po zdokonaľovaní technológie má spoločnosť v úmysle začať vytvárať sklady... pre vzduch.
Podľa autorov tohto projektu možno stláčanie vzduchu považovať za jeden z najlacnejších spôsobov skladovania energie. Napríklad za jasného dňa bude solárna elektráreň vyrábať prebytočnú elektrinu. Bude odoslaný na kompresiu a vstrekovanie vzduchu. Keď je potrebná elektrina, vzduch bude nútený roztočiť turbíny. Týmto spôsobom autori dúfajú, že prekonajú hlavnú ťažkosť pri rozšírenom zavádzaní obnoviteľných zdrojov energie – nestabilitu ich výroby elektriny, a teda aj problém skladovania a premeny energie z nich.
Zatiaľ je však množstvo takto uloženej energie malé – do 25 kW/h s maximálnym výkonom do 200 kW. Podľa odhadov vývojárov nepresahuje strata energie uloženej a odoberanej z takýchto zásobníkov 2 %, čo je oveľa lepšie ako pri systémoch skladovania energie založených na iných princípoch (spomínané prečerpávacie elektrárne, chemické batérie atď.). ). Zároveň je zrejmé, že doba skladovania energie v zotrvačníkoch je na rozdiel od týchto systémov krátka – zatiaľ môžeme hovoriť len o ich použití ako vyrovnávacej pamäte, kompenzujúcej prudké špičky a poklesy spotreby elektrickej energie počas dňa.
Súpravy mnohých takýchto zariadení zapojených paralelne by mohli akumulovať značné zásoby energie; v tomto prípade by hlavnou výhodou bolo, že by sa tak stalo veľmi rýchlo (rovnako rýchlo by bolo možné „nárokovať“ aj to, čo sa nahromadilo). Ale toto je veľmi dôležité. Faktom je, že žiadna z existujúcich priemyselných výrobných kapacít (napríklad v tepelných elektrárňach) nemôže rýchlo reagovať na zmeny zaťaženia a vo všeobecnosti sú akékoľvek zmeny v ich prevádzkových režimoch mimoriadne nerentabilné.
Práve v takýchto situáciách, spojených s náhlymi návalmi zaťaženia siete, by sa pohony v podobe zotrvačníkov mohli stať úplne rozumným riešením. Podľa vývojárov je doba odozvy takýchto systémov jednoducho fantastická - asi 5 ms.
Inštalácie s takýmito úložnými zariadeniami už preukázali svoju účinnosť v testoch v mnohých komunitách v USA, ktorých obyvatelia ešte nezabudli na nočnú moru svojich miest bez energie v dôsledku výpadku siete a sú pripravení urobiť čokoľvek, aby znížili pravdepodobnosť takéto udalosti sa opakujú.
Zdá sa však, že ruský energetický systém, ktorý je vďaka množstvu vlastností citeľne odolnejší voči výkyvom záťaže ako americká energetická sieť, by mohol z takýchto úložných zariadení profitovať.
Vynález... čepele
Zaujímavý spôsob Profesor University of Nottingham (UK) Seamus Garvey našiel spôsob, ako vyrovnať nerovnomernosť výroby elektriny z veterných turbín, pričom dospel k záveru, že veterné turbíny umiestnené na otvorenom mori by vôbec nemali byť vybavené elektrickými generátormi, pretože napr. výkonné zariadenia, ktoré generujú prúd aj pri najnižších rýchlostiach otáčania hriadeľa, sa ukázali ako veľmi ťažké a v dôsledku toho veľmi drahé. Namiesto toho navrhuje urobiť lopatky veterných mlynov... duté. Vo vnútri každého z nich sa musí voľne pohybovať ťažký piest. Keď lopatka klesá, piest sa pohybuje smerom k svojmu koncu a keď stúpa, piest sa naopak posúva smerom k osi a stláča vzduch vstupujúci cez otvory v kryte. Stlačený vzduch sa čerpá do špeciálnych vakov vyrobených z tenkej a odolnej syntetickej tkaniny, vznášajúcich sa v hĺbke 500 m!
Tieto zásobníky, ktoré sú chránené pred prasknutím vplyvom tlaku nadložných vodných vrstiev, slúžia ako akési nárazníky, ktoré zaručujú rovnomernú výrobu energie aj v nepredvídateľných veterných podmienkach. Z podvodných valcov sa vzduch dodáva potrubím do ďalších kompaktných turbínových generátorov. Odhaduje sa, že jej rezerva by mala stačiť na udržanie ich rotácie na niekoľko dní aj v úplnom kľude.
Tento „Integrated Compressed Air Renewable Energy Systems“ (ICARES) je pôsobivý vo svojom rozsahu: Harvey odhaduje, že turbína by sa musela pohybovať pomaly a byť veľmi veľká, aby zabránila piestom visieť na koncoch lopatiek v dôsledku odstredivých síl. 200 m v priemere (ideálne 500 m). Pokiaľ ide o podvodné zásobníky energie, autor ich vidí ako gigantické zhluky obrovských vzduchových „vankúšov“ (priemer 20 m).
Práce na projekte pokračujú od roku 2006 a teraz univerzita vytvorila spoločnosť Nimrod Energy, ktorej hlavnou úlohou bude komercializácia tejto technológie. Očakáva sa, že systémy ICARES sa na trhu objavia do roka. Najprv však budú slúžiť na skladovanie energie vyrobenej v iných typoch elektrární. A obrovské pobrežné turbíny od spoločnosti Nimrod sa podľa predpovedí vývojárov môžu objaviť o 10 až 15 rokov.
Nezvyčajná batéria a niektoré ďalšie metódy
V súčasnosti je pomerne vysoká aktivita na Západe spojená aj s projektmi na skladovanie elektriny vyrobenej najmä tu veľmi populárnymi veternými turbínami vo forme vodíka získaného pomocou nej. Okrem toho sa v takýchto projektoch navrhuje používať vodík nie ako palivo, ale ako dočasný nosič energie. Podľa odborníkov však takéto schémy, ktoré môžu byť veľmi efektívne z energetického hľadiska a celkom prijateľné z hľadiska životného prostredia, bohužiaľ zostávajú stále príliš drahé.
Výskum súvisiaci s rôzne technológie vstrekovanie stlačeného vzduchu do podzemných alebo podvodných skladovacích zariadení.
Ale ako už bolo uvedené, každý z uvedených spôsobov skladovania energie má svoje výhody a nevýhody, každý z nich je dobrý svojim spôsobom, ale žiadny nemožno považovať za ideálny. V tejto súvislosti sa nedávno dokonca objavili výzvy na návrat k chemickým batériám, ktoré sa zdali byť už dlho podrobne študované. Nie však celkom obyčajný – roztavený.
V skutočnosti boli pred mnohými rokmi vynájdené aj takzvané horúce batérie. Existuje mnoho známych odrôd z nich so závideniahodnými špecifické vlastnosti. Nie je však ľahké zabezpečiť pre ne potrebnú prevádzkovú teplotu, stovky stupňov Celzia, takže táto podmienka predstavuje vážne obmedzenia pre možné oblasti ich použitia, ako aj pre možný termín ich činnosti (všetky predchádzajúce návrhy na použitie takýchto batérií vo veľkom sa ukázali ako nekonkurencieschopné z dôvodu ich extrémne krátkej životnosti). Napríklad v japonskej prefektúre Aomori však už niekoľko rokov funguje komplex 17 veľkých blokov sírovo-sodných horúcich batérií s výkonom 34 MW, ktoré sú pripojené do siete cez AC/DC meniče. Tento komplex je súčasťou nového veterného parku Futamata, ktorý výrazne vyrovnáva nerovnomernosť výroby elektriny veternými turbínami (umožňuje uspokojiť denné špičky spotreby a akumulácie energie v noci).
Nová batéria, ktorej prototyp vytvorili americkí vedci, bude však podľa ich odhadov trikrát lacnejšia ako súčasné najlepšie batérie, oveľa odolnejšia a hlavne oveľa výkonnejšia. Profesor Donald Sadoway a jeho kolegovia z Massachusettského technologického inštitútu prišli s originálnym zariadením na akumuláciu elektrickej energie, ktoré podľa ich názoru v blízkej budúcnosti umožní využívať energiu získanú zo solárnych panelov (alebo veternú energiu v pokojné počasie) v noci. Táto batéria má veľkosť kontajnera na odpadky, ktorý Američania poznajú. individuálny dom(jeho objem je asi 150 litrov) by sa podľa Sadowaya mohol stať integrálnym atribútom „zeleného“ domu, ktorý by zabezpečoval všetky svoje energetické potreby aj pri špičke spotreby a dobíjal by sa z „prerušovaných“ veterných mlynov a solárnych panelov. . Veľké sady takýchto batérií by podľa vývojárov boli celkom schopné zásobovať elektrinou celé osady - akumulačná stanica s kapacitou 13 GW (dostatočná na napájanie veľkého mesta) by zaberala iba 6 hektárov.
Ako sa dosiahne táto hustota výkonu? Faktom je, že ako vývojári ubezpečujú, tieto batérie sú schopné dodávať a prijímať 10-krát viac prúdu ako všetky známe typy chemických batérií.
Sadoway si uvedomil, že príliš veľký prúd by mohol zariadenie ľahko poškodiť a jednoducho roztaviť celú štruktúru, a preto navrhol, aby bol roztavený stav normou pre všetky časti batérie. V predchádzajúcich horúcich batériách bol okrem puzdier a kontaktov ešte jeden dôležitý pevný (neroztavený) prvok - pevný elektrolyt (špeciálna vodivá keramika), no v novej batérii nie sú vo vnútri vôbec žiadne pevné časti, okrem vonkajšieho puzdra, všetko je tekuté - aj elektrolyt, aj elektródy. Všetky prvky nového neobvyklého systému sa navzájom nemiešajú kvôli rozdielnej hustote, rovnako ako sa olej a voda nemiešajú v nádobe v pokoji. A keďže je nová batéria navrhnutá tak, aby sa stala stacionárnym zariadením na ukladanie energie, zdá sa, že nie je dôvod na miešanie tekutín.
Vyvinutá batéria pripomína žiaruvzdorné „sklo“ (telo slúži ako prvý vonkajší kontakt), zakryté vekom (druhý vonkajší kontakt). Medzi nimi je dielektrikum a okolo je tepelne izolačný plášť. Autori umiestnili antimón na spodok nádoby (toto je prvá vnútorná elektróda), po ktorom nasledoval sulfid sodný (elektrolyt) a horčík (druhá vnútorná elektróda). Všetky komponenty sú v roztavenej forme.
Pri nabíjaní sa vrstva elektrolytu v takejto batérii stenčuje a roztavené elektródy sú hrubšie. Počas výboja sa všetko deje v opačnom poradí: materiál elektród (iónov) sa čiastočne transformuje na elektrolyt, takže stredná vrstva kvapaliny rastie a bočné elektródy sa sťahujú.
Takýto systém, ktorý využíva pomerne nezvyčajný princíp činnosti a dizajn pre chemické batérie, ako sa ukázalo, je schopný vydržať obrovské množstvo cyklov nabíjania a vybíjania, mnohonásobne väčšie ako čokoľvek, čo by mohli demonštrovať predchádzajúce batérie, a navyše, dokáže vysielať a prijímať gigantické prúdy bez akéhokoľvek poškodenia (v systéme jednoducho nie je nič, čo by zlyhalo). Nakoniec sa ukázalo, že všetky komponenty takejto batérie sú prekvapivo lacné, takže takéto systémy môžu byť inštalované kdekoľvek.
Autori postavili prototyp roztavenej batérie. Jeho špecifická kapacita zatiaľ nie je príliš pôsobivá. Ale to nie je také kritické - pre stacionárne zariadenie na ukladanie energie nie je hmotnosť systému veľmi dôležitá. Vedci sa navyše domnievajú, že všetky vlastnosti novej batérie možno vážne zlepšiť zachovaním princípu fungovania, ale výberom iných komponentov.
Vývojári sľubujú, že vytvorený prototyp privedú do komerčnej verzie do piatich rokov. A to je celkom rýchle, ak vezmeme do úvahy, že horúce batérie predchádzajúcich typov, hoci boli vynájdené veľmi dávno, sú napriek všetkým pokusom o ich zlepšenie stále považované za exotické.
Na základe materiálov z sciencedaily.com, physorg.com, membrán.ru a ďalších zdrojov