Экономии энергии: самые популярные технологии (часть I)

1. гидроаккумулирующая станция
2. Енергосховище на базе сжатого воздуха
3. Термическое хранения расплавленной соли

Исторически сложилось так, что большая часть вырабатываемой в мире потребляется сразу после генерации. Или же она не потребляется и просто тратится впустую. Изменение климата повлияло на интерес правительств стран в источниках энергии. И «зеленая» энергетика разная, она не всегда способна производить энергию именно в то время, когда это нужно. Каким образом можно исправить такой недостаток? Поскольку исследования в области аккумуляции энергии все больше привлекают внимание ученых, построение енергосховищ солнечных или ветровых электростанций начинает приобретать все большее смысла.

Следует отметить, что аккумуляция энергии не является чем-то абсолютно новым. Сегодня существует много технологий енергосховищ, а их использование зависит от того, какие ресурсы есть в наличии у локального производителя электроэнергии. Энергетические компании инвестируют в технологии, оправданы на местном уровне, независимо от того, это гидроаккумулирующая станция, сжатый воздух или литий-ионные батареи.

Много новых проектов с накоплением энергии базируются на технологиях, которые существуют уже десятилетия. Чтобы лучше понять будущее аккумуляции энергии, мы собрали несколько наиболее эффективных видов хранения энергии в мире.

гидроаккумулирующая станция

Енергосховище, которое работает по принципу гидроэлектростанции является, возможно, одной из старейших форм энергосберегающих энергосистем. Оно способно компенсировать нехватку мегаватт электричества в пиковые часы. Технология довольно проста: в системе есть нижний резервуар воды, из которого вода перекачивается в верхний, топографически находится выше. Когда нет необходимости в электричестве (например, ночью), вы используете лишнюю энергию для того, чтобы перекачать воду к верхнему резервуара (фактически - зарядить аккумулятор). Когда спрос на электроэнергию высокий, вода из этого резервуара сливается через турбины электрогенераторов вниз, к нижнему резервуара. Затем цикл повторяется.

Этот способ аккумуляции энергии довольно популярным, хотя и устаревшим из многих точек зрения. Так, Германия рассматривает использование старых угольных шахт для построения гидроаккумулирующих станций, а некоторые немецкие исследователи работают над строительством гигантских бетонных сфер, которые могут аккумулировать энергию после их размещения на дне океана.

Гидроаккумулирующая станция для хранения электроэнергии в округе Бат, штат Вирджиния, США, имеет 6 энергоблоков, которые способны генерировать 3003 МВт электроэнергии. Каждую минуту через турбину проходит более 50 млн л воды. Станция была построена в 1985, Dominion Energy утверждает, что это самое большое в мире сооружение для хранения электроэнергии

Tumut 3 - гидроаккумулирующая станция мощностью 1800 МВт в Австралии. Это часть «Снежной гидросистемы», огромного комплекса с девятью отдельными электростанциями

Енергосховище на базе сжатого воздуха

Хранение энергии за счет сжатия воздуха (Compressed air energy storage - CAES) во многом похоже на гидроаккумулирующую станцию, только вместо воды производитель электричества в период низкого спроса накачивает в специальный резервуар сжатый воздух. Когда требуется электричество, сжатый воздух выпускается из резервуара и крутит турбину электрогенератора.

Поскольку воздух во время компрессии нагревается, это тепло нужно отводить еще до закачки в резервуар высокого давления. Но во время декомпрессии воздуха будет сильно охлаждаться, поэтому его нужно снова нагреть. Для этого используют или дополнительный газовый нагреватель, или другие технологии.

Хотя схемы хранения энергии в резервуарах со сжатым воздухом обсуждаются в течение нескольких последних десятилетий, расходы на строительство и сложность самих хранилищ помешали созданию многих подобных сооружений. На сегодня есть всего несколько реально работающих систем и несколько большее количество тестовых комплексов. Например, канадская компания Hydrostor работает над созданием мощных систем сжатого воздуха в Онтарио и Арубе.

Это енергосховище мощностью 110 МВт на базе сжатого воздуха работает в Макинтош, штат Алабама, с 1991 года

Енергосховище в Макинтош - единственное подобное коммерческое предприятие в США. По словам владельца предприятия, давление в подземной пещере максимально достигает почти 75 атмосфер

Схема работы завода по компрессии воздуха в Ханторфи (Huntorf). Система закачивает воздух в период низкого спроса на электроэнергию в течение 8:00 и потребляет около 60 МВт каждый час. Во время пиковых нагрузок на электросеть система производит 290 МВт электроэнергии в течение 2:00

Термическое хранения расплавленной соли

Расплавленная соль способна долго сохранять тепло, и это ее свойство находит применение на гелиоэлектростанцию, где сотни больших зеркал фокусируют солнечные лучи для генерации энергии. На некоторых электростанциях солнечные лучи направляются на большую центральную термальную башню, в которой быстро нагревается и кипит рабочая жидкость. Есть другая технология, когда рабочая жидкость нагревается в трубах, которые проходят перед параболическими зеркалами. Так или иначе, это тепло можно использовать немедленно для запуска паровой турбины, или же направить солнечную энергию на нагрев соли. Расплавленная соль способна сохранять тепло в течение нескольких часов. Это помогает солнечным электростанциям увеличить время работы и генерировать электричество даже вечером.

Технологии аккумулирования тепла с помощью расплавленной соли имеют четкие перспективы. Исследователи работают над совершенствованием резервуаров расплавленной соли для различных целей, а совсем недавно SolarReserve объявила о планах построения солнечной тепловой установки в Чили, которая будет работать 24 часа в сутки благодаря огромному резервуару хранения расплавленной соли.

Некоторые компании ищут пути хранения энергии расплавленной соли без потребности в солнечной энергии. Издание Bloomberg недавно рассказывал о схеме хранения энергии расплавленной соли из лаборатории X, принадлежит корпорации Alphabet, которая будет использовать дешевую электроэнергию чтобы нагревать расплавленную соль и охлаждать антифриз. Когда нужна энергия, идет обратный процесс комбинации потоков горячего и холодного воздуха, способны крутить турбины.

В будущем системы аккумуляции энергии могут и не использовать расплавленную соль. Например, исследователи из Georgia Tech недавно построили керамический насос, который способен перемещать жидкий металл при очень высоких температурах. Использование жидкого металла может сделать этот вид хранения энергии более эффективным.

Завод KaXu Solar One в Пофадери, Южная Африка, был построен испанской компанией Abengoa Solar. Он имеет мощность 100 МВт и способен генерировать электроэнергию в течение 2,5 часов после наступления темноты, благодаря енергосховищу с расплавленной соли

Станция Crested Dunes в Тонопа, штат Невада, имеет заявленную мощность в 110 МВт и способна производить электричество в течение 10:00 за счет енергосховища

Более интересным:

источник: arsTECHNICA