Хранение электроэнергии в промышленных масштабах. Можно ли хранить электричество? Другие типы накопителей энергии

Реформирование электроэнергетики в России привело к образованию такого специфического товара как электроэнергия. Электроэнергия не обладает таким основным свойством присущим остальным товарам, как накопление и возможность удовлетворения растущего спроса запасами. Разделение рынка на оптовый и розничный привело к необходимости создания конкурентной среды между производителями на оптовом рынке. В процессе реформирования электроэнергетики рынок постепенно проходит этапы перехода от регулируемого к дерегулируемому, основанному на естественной конкуренции между производителями электроэнергии.

2)Специфика электроэнергии как товара.

Наиболее важными особенностями экономики энергосистем, вызванными спецификой электроэнергии как товара и которые необходимо учитывать при организации рынка электроэнергии, является следующее: 1) производство, доставка (передача и распределение) и потребление электроэнергии в силу ее физической природы происходят практически одно­временно и ее невозможно складировать (накапливать) в значи­тельных объемах. Другими словами, произведенная продукция не может накап­ливаться на складах производителя, потребителя или в пути, а практически мгновенно доставляется до потребителя и потребляется им; 2) электроэнергия является в высшей степени стандартизированным про­дуктом, поставляемым множеством производителей в «общий котел» (т.е. в общие электрические сети) и мгновенно потребляемым оттуда же множеством потребителей. Поэтому с физической точки зрения невозможно определить, кто произвел электроэнергию, потребляемую тем или иным потребителем - можно лишь контролировать объемы поставки в общую сеть от каждого производите­ля и объемы потребления из нее каждым потребителем; 3) электроэнергия, получаемая потребителем из энергосистемы, является товаром первой необходимости, только в редких случаях имеющим другие то­вары-заменители (например, переход на электроснабжение от автономной ди­зельной электростанции, перевод электроотопления на газовое отопление и не­которые другие случаи). По этой причине потребители обычно крайне чувстви­тельны к перерывам в электроснабжении, а энергосистема должна обладать не­обходимым запасом надежности. Попутно отметим, что возможные принудительные отключения части потребителей в условиях дефицита электроэнергии или аварии, ведут к сниже­нию потребления, но не спроса. Иными словами, спрос на рынке электроэнер­гии не всегда равен потреблению; 4) производители выра­батывают и поставляют в общую сеть электрическую мощность точно в соот­ветствии со своими обязательствами (или заданием диспетчера), а все потреби­тели суммарно потребляют электрическую мощность точно в соответствии со своими обязательствами (или прогнозом диспет­чера). Но на практике в силу самого разного рода обстоятельств, как произво­дители, так и потребители допускают отклонения от своих обязательств. Это влечет за собой дисбаланс между поставкой и потреблением. На любом другом рынке кратковременный дисбаланс между производст­вом и потреблением товара не приводит к потере устойчивости рынка, он легко ликвидируется за счет складского запаса или товаров-заменителей. Специфика электроэнергии как товара приводит к развитию рынка электроэнергии отличного от обычных товарных рынков.

С ейчас мы уже не можем представить свою жизнь без электричества и отопления. Вся наша повседневная жизнь связана с использованием множества электроприборов, которые обеспечивают нам необходимый уровень комфорта. Сегодня мы поговорим о том, как можно экономить электричество дома.

На диаграмме слева показана структура расхода электроэнергии для семьи из 3 человек.

С каждым годом затраты на электричество и отопление увеличиваются за счет повышения тарифов и роста количества используемых электроприборов. Так как запасы энергоресурсов очень ограничены, стоимость электроэнергии повышается ежегодно примерно на 15% и, соответственно, увеличиваются и наши платежи за электричество.

Поэтому все больше и больше людей начинают задумываться о том как экономить электричество дома.

Кроме того, экономия электричества позволит сократить потребление природных ресурсов и снизить выбросы вредных веществ в атмосферу, а значит внести посильный вклад в сохранение наших рек, озер и лесов.
Сэкономив 100 Вт электроэнергии, мы можем сохранить 48 кг каменного угля, или 33 л нефти, или 35 м3 природного газа.

В среднем семья из трех человек, проживающих в квартире 50 м2, платит за энергоресурсы около 59% от общей суммы коммунальных платежей, из них: 32% составляют отопление и горячее водоснабжение, 15% - электроэнергия, 12% - газ.

Данные советы актуальны для тех, кто имеет тепловые счетчики или электрообогреватели.

1.Утеплите дверные и оконные проемы специальным утеплителем.
Ведь основные утечки тепла происходят через окна и двери.


2. Вставьте новые энергосберегающие окна, лучше всего - с двойным стеклопакетом.
Если у вас есть балкон или лоджия, то застеклите их тоже. Это самый эффективный способ сберечь тепло в доме.


3. Необходимо правильно проветривать помещение.


Проветривайте при выключенном отоплении!
Полное проветривание в течении 2 минут каждые 3-4 часа сохраняет намного больше тепла, чем постоянное частичное проветривание. Зимой достаточно 2-3 минут полного проветривания. Весной и осенью - до 15 минут.

4. Не закрывайте батареи шторами и декоративными плитами и панелями.

1. Проверьте целостность проводки в доме.


Это предотвратит утечку электричества (потери могут составить до 30 %) и уменьшит опасность поломки бытовой техники и короткого замыкания.

2. Выключайте электроприборы, находящиеся в режиме «standby» (режима ожидания включения) - телевизор, музыкальный центр, DVD-проигрыватель.


Большинство приборов активно работают несколько часов в сутки, а остальное время находятся в режиме ожидания, при этом бесполезно расходуется значительное количество энергии.

3. Организуйте правильное освещение.


а. Максимально используйте естественное освещение (используйте светлые занавески, светлые тона отделки стен и потолков, чаще мойте окна, не захламляйте подоконники.) это позволит сделать помещение светлее.
б. Используйте принцип зонального освещения - необходимо рационально использовать общее освещение и местное. Общее освещение предназначено для общего освещения комнаты (люстра). Местное освещение (лампы,бра) позволяют осветить темные углы помещения.

Сочетание местного и общего освещения (комбинированное освещение) позволяет использовать свет более рационально - осветить только тот участок комнаты, который нам нужен. В результате устройства комбинированного освещения на комнату 18-20 м2 экономится до 200 кВт/ч.

4. Замените традиционные лампы накаливания на энергосберегающие.


Они потребляют в несколько раз меньше электроэнергии,а служат в несколько раз дольше.

5. Выключайте осветительные и другие электроприборы, в которых не нуждаетесь в данный момент.


Уходя, гасите свет.

6. Чаще мойте лампы и плафоны.

Как экономить электроэнергию на кухне и при приготовлении пищи

Электрическая плита - самый энергоемкий бытовой прибор, на ее долю приходится, больше половины всей потребляемой электроэнергии. Соблюдая простые правила и приемы при приготовлении пищи, можно сэкономить значительное количество электроэнергии.

1. При варке в кастрюле нужно включать конфорку на полную мощность только до закипания воды. Как только вода закипела, сразу же переключайте нагрев конфорки на минимальное положение, при этом расход электроэнергии резко снизится, а время приготовления не увеличится.

2.Обязательно плотно закрывайте кастрюлю крышкой. При варке в открытой посуде расход электроэнергии увеличивается в 2,5 раза. Даже если крышка немного приоткрыта, это равнозначно тому, что крышки нет совсем, т.к. тепло теряется с уходящим паром.

3. Используйте посуду с диаметром дна, соответствующим размеру конфорки. Диаметры днищ кастрюль должны быть больше или равны диаметрам конфорок электроплит, на которые их ставят.

4.Не допускайте бурного кипения воды на включенной на полную мощность конфорке, ведь для кипения на разогретой плите достаточно и гораздо меньшей мощности.

5.Если вы выключите конфорку электроплиты немного раньше до окончания приготовления блюда, то сэкономите электроэнергию за счёт остаточного тепла.

6. При варке овощей используйте минимальное количество воды в кастрюлях.

7. Выбирайте кастрюли по размеру,соответствующем необходимому объему пищи. Если требуется приготовить небольшой объем пищи, то лучше это сделать в маленькой. кастрюльке на самой маленькой конфорке.

8. Донышки у кастрюль и сковородок должны быть ровные и чистые, для того чтобы был плотный контакт с конфорками. Посуда с кривым дном или с нагаром требует электроэнергии на 60 % больше.

9. При покупке посуды выбирайте сковородки и кастрюльки с толстым дном и стекляными крышками.

10. Используйте скороварки. Они очень экономят электроэнергию и время. Время приготовления пищи в них сокращается в три раза, а расход электроэнергии в два раза. Это достигается благодаря герметичности скороварок и особого режима приготовления - температура внутри посуды достигает 120 градусов за счет избыточного давлении пара.

11.Посуда из нержавеющей стали с толстым полированным дном обеспечивает хороший контакт с плитой и позволяет экономить энергию. Посуда из алюминия, эмалированная, с тефлоновым покрытием не экономичны.

12. Состояние конфорок электроплиты имеет большое значение. Если в конфорке сгорели одна или две спирали или конфорка вспучилась от перегрева, потребление электроэнергии возрастает до 50 %. Ее нужно срочно менять.

13. Применяйте специальные электронагревательные приборы (сковородки, кастрюли, грили, кофеварки. и др.), в которых блюда получаются более вкусными и качественными, а электроэнергии тратится намного меньше. Используйте электрочайник, который сам по себе экономит электроэнергию, автоматически выключаясь при закипании в нем воды. Кипятите воды ровно столько, сколько требуется на один раз.

14.Существенно сократить расход на электроэнергию может своевременное удаление накипи внутри электрочайников.

15. Используйте термосы или поттеры для поддержания воды и пищи в нагретом состоянии в течение длительного времени.

16. Не используйте включенные конфорки электроплиты для обогрева помещения, это неэкономно, малоэффективно и опасно.

17. Для разогрева и приготовления пищи используйте микроволновые печи, они сэкономят вам время и энергию.

Что мы обычно делаем неэкономно:
■ выбираем неподходящую посуду - потери электроэнергии 10% -15%
■ Не закрываем плотно посуду при приготовлении пищи. - потери 2%- 6%
■ Используем слишком большой объем воды - потери 5%- 9%
■ Используем посуду не по размерам конфорки - потери 5% -10%
■ Не используем остаточное тепло - потери 10% -15%

А для закрепления материала - замечательная инфографика от Объединенной энергетической компании. Картинка кликабельна.


Используя эти простые советы вы сможете значительно сократить расходы на электроэнергию и сэкономить деньги.

Повторим основные правила:










Чтобы экономить электроэнергию в квартире, необходимо научиться использовать ее рационально. При этом кроме существенной экономии денег при оплате энергии, вы вносите очень важный вклад в решение глобальных экологических проблем.

В статье использованы материалы Информационно-консультационного центра по энергосбережению (ИКЦЭ).

Ю.Н.ЕЛДЫШЕВ Проблема хранения энергии - одна из важнейших не только в энергетике, но и в экономике (а также в науке) в целом. Она до сих пор не решена в полной мере. Наше неумение эффективно сохранять и запасать полученную энергию особенно пагубно сказывается на развитии таких сравнительно «чистых» способов ее производства с использованием возобновляемых источников энергии, как гидроэнергетика, гелиоэнергетика или ветроэнергетика. Ведь мы до сих пор не в состоянии обеспечить гарантированное поступление энергии потребителям от таких источников в связи с понятными суточными, сезонными, а то и вовсе плохо прогнозируемыми изменениями их мощности. Поэтому любая информация о достижениях в этой сфере вызывает повышенный интерес.
Метановый проект
О новом способе хранения энергии, полученной от ВИЭ (один из основных недостатков которых, — именно нестабильность и непредсказуемость выработки энергии), сообщила недавно пресс-служба Общества Фраунгофера (Общество Йозефа Фраунгофера — немецкий аналог Российской академии инженерных наук, его основная цель — содействие развитию прикладных исследований). Немецкие ученые разработали технологию, в которой излишки электроэнергии, выработанные солнечными или ветро-электростанциями и не нужные в данный момент, преобразуются в метан. Полученный таким образом газ можно хранить сколь угодно долго и использовать по мере необходимости с помощью уже существующей газовой инфраструктуры.
Пилотный проект, разработанный Центром солнечной энергии и водородных исследований, который находится в Штутгарте (ФРГ), в настоящее время реализуют сотрудничающие между собой компании Австрии и Германии. Запуск основанной на данной технологии промышленной станции мощностью в десятки мегаватт запланирован на 2012 г.
Как уверяют разработчики, демонстрационная система, построенная в Штутгарте, использует генерируемые с помощью солнечных панелей и ветроэнергетических установок (ВЭУ) излишки энергии для электролитической диссоциации воды на кислород и водород. В дальнейшем полученный водород, соединяясь с подаваемым в систему углекислым газом, образует метан, который уже можно хранить и использовать для получения энергии в любое время. По оценкам ученых, эффективность подобного преобразования выше 60%.
Не секрет, что «классические» способы хранения электроэнергии в конденсаторах и аккумуляторных батареях предполагают создание особой (дополнительной и достаточно дорогой) инфраструктуры. В отличие от таких способов для хранения энергии в форме метана в Германии, как и во многих других странах, уже существует вся необходимая инфраструктура — это распределенная система газовых хранилищ большой емкости. Поэтому авторы данной технологии считают, что у нее могут быть неплохие перспективы, ибо такое преобразование с приличным КПД — «это определенно лучше, чем полная потеря электроэнергии, которую нельзя использовать здесь и сейчас». А реальных альтернатив «газовому преобразованию» как способу хранения энергии до настоящего времени предложено не так уж много.
«Ахиллесова пята» гидроаккумуляторов
ГАЭС по внешнему виду могут различаться очень сильно: многие аккумулирующие станции почти невозможно отличить от обычной ГЭС, расположенной на реке со значительным уклоном, но есть и такие, у которых предусмотрен весьма необычный накопительный резервуар, как, например, станция «Taum Sauk» в штате Миссури (США), привлекающая внимание многочисленных туристов. Но в любом случае такому способу хранения и перераспределения энергии присущ серьезный недостаток - необходимость отчуждения больших площадей под верхний и нижний бьефы, а также масштабные (и дорогие) строительные работы.
Водная альтернатива
Одно из древнейших устройств для хранения энергии — гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС). Так называют разновидность гидроэлектростанций, специально предназначенную для выравнивания суточной неоднородности электрической нагрузки. ГАЭС использует в работе комплекс электрических генераторов и электрических насосов либо специальные обратимые гидроэлектроагрегаты, способные работать и как генераторы, и как насосы. Во время минимума энергопотребления ГАЭС получает из энергосети дешевую электроэнергию и расходует ее на перекачку воды в верхний бьеф, т. е. действует как насос. А во время утреннего и вечернего пиков энергопотребления ГАЭС сбрасывает воду из верхнего бьефа в нижний, вырабатывая при этом дорогую «пиковую» электроэнергию, которую отдает в энергосеть, т. е. действует как электрогенератор.
Поскольку в обоих режимах КПД такой станции меньше 100%, понятно, что в итоге ГАЭС потребляет больше электроэнергии, чем вырабатывает, т. е. формально оказывается убыточной. Впрочем, не стоит забывать, что потребляет ГАЭС «дешевую» энергию, а поставляет в сеть «дорогую», так что экономический итог не совпадает с энергетическим балансом и не определяется простыми арифметическими действиями. Дело в том, что в крупных энергосистемах заметную долю составляют мощности тепловых и атомных электростанций, которые не могут быстро сокращать выработку электроэнергии при падении энергопотребления или же делают это с большими потерями. Потому-то коммерческая стоимость электроэнергии в период наивысшего («пикового») потребления в энергосистеме гораздо выше, чем в период ее минимального потребления, и использование ГАЭС оказывается экономически эффективным, повышая как равномерность нагрузки на другие мощности энергосистемы, так и надежность энергоснабжения в целом.
ГАЭС выглядит простой и надежной системой аккумуляции энергии, обладающей множеством достоинств и всего одной, но очень существенной, слабостью: далеко не всюду ее можно возвести, да и занимает она очень много места.
Энергию можно хранить... в холодильнике
Сравнительно недавно было предложено сохранять «энергию ветра» (электроэнергию, полученную от ВЭУ), меняя температуру в огромных складах-холодильниках, что почти не требует капитальных затрат. Группа исследователей из университетов Болгарии, Дании, Испании и Нидерландов разработала проект «Ночной ветер», направленный на создание общеевропейской системы хранения энергии, вырабатываемой ВЭУ, основанной на использовании элементов уже существующей инфраструктуры.
Идея проста: ночью, когда потребление электричества падает, а ВЭУ продолжают работать, вырабатываемую ими электроэнергию предлагается расходовать на то, чтобы понизить температуру в существующих холодильниках крупных продовольственных складов. Как показали оценки, достаточно снизить температуру всего на 1 °C по сравнению с обычной нормой. Иными словами, энергия будет «запасаться» в результате охлаждения многих тысяч тонн разнообразных продуктов, которые будут храниться в обычном режиме где-нибудь в Дании, Голландии или Франции. Днем же, когда потребление электричества многократно растет, все эти гигантские холодильники можно будет просто отключить от сети до тех пор, пока температура в них постепенно не поднимется на тот же 1 °C, т. е. не вернется к привычному значению.
И хотя, как хорошо известно, сами по себе холодильники, даже самые гигантские, конечно же, никакого электричества не производят, такие колебания температуры всего на один градус с периодом в сутки, если их применить на всех крупных холодильных складах Европы, по оценкам авторов проекта, будут эквивалентны появлению в общей энергосети супераккумулятора емкостью в 50 ГВт/ч!
Действенность идеи авторы проекта продемонстрировали еще в 2007 г., установив рядом с одним из крупнейших холодильных складов в Бергене (Нидерланды) ветровую турбину и настроив электронную систему управления холодильником по описанному выше принципу. Так что теперь судьба проекта в руках экономистов от энергетики, которые должны решить, насколько целесообразно делать ставку именно на этот способ запасать энергию.
Маховики
Многие эксперты по-прежнему считают весьма перспективным устройством для хранения энергии маховики. Разговоры о них ведутся уже не одно десятилетие. Но только в последнее время разработаны действительно работоспособные проекты, демонстрирующие возможности таких накопителей на практике.
Еще в 1964 г. профессор Н.В. Гулиа (в последнее время заведующий кафедрой Московского государственного индустриального университета) предложил новую разновидность маховика, который должен был служить именно накопителем энергии. Это был не сплошной диск, а сердечник с намотанной на него сотнями и даже тысячами слоев тонкой стальной (впоследствии пластиковой) лентой, заключенный в кожух, внутри которого создавался вакуум, чтобы сократить потери на трение. Как выяснилось, подобные супермаховики могли «вобрать» в себя довольно много энергии на единицу массы, ведь запасаемая ими энергия определялась прежде всего предельной скоростью вращения (поскольку была пропорциональна ее квадрату, а от массы зависела линейно), которая в свою очередь была ограничена прочностью выбранного материала.
Современные супермаховики с намоткой из углеродного волокна имеют удельную энергоемкость до 130 Вт-ч/кг. Это несколько уступает показателям лучших литий-ионных аккумуляторов, но у накопителей на маховиках есть и свои преимущества: они гораздо дешевле, долговечнее и безопаснее (не только для здоровья обслуживающего персонала, но и, что не менее важно, для окружающей среды).
Сам изобретатель еще 40 лет назад много экспериментировал с супермаховиками, поскольку считал их перспективными накопителями энергии на транспорте и даже построил несколько образцов подобных транспортных средств. Об их применении в энергетике как альтернативе аккумуляторам он тоже размышлял, однако до недавнего времени идея использовать маховики для хранения энергии не в лабораториях, а в промышленных масштабах и в существующих энергосетях представлялась специалистам экзотической и даже утопической. Лишь в последние годы некоторые фирмы на Западе начали серьезные исследования в этой области.
Так, специалисты американской компании «Beacon Power» разработали набор стационарных супермаховиков, предназначенных для подключения к промышленным энергосетям. Выполнены они из огромного числа слоев сверхпрочных композитных материалов на основе углеродных волокон, так что выдерживают гигантские нагрузки, позволяя в среде с высоким разрежением доводить скорость их вращения до штатных 22,5 тыс. об./мин. Маховики на магнитных подвесках вращаются в цилиндрических емкостях высотой около 1 м (новые модели будут уже выше человека), внутри которых создан вакуум. Масса подобной конструкции может достигать 1 т.
На стальном валу маховика (там же — внутри герметичного стального цилиндрического кожуха) расположен ротор обратимой электрической машины — мотора-генератора на постоянных магнитах, который и раскручивает маховик, запасая энергию, или отдает ее, вырабатывая электрический ток, при подключении нагрузки.
Расчетный срок службы такой конструкции 20 лет, диапазон рабочих температур от —40 до +50 °C, она выдерживает землетрясения с магнитудой до 7,6 по шкале Рихтера, иными словами, обладает характеристиками, ныне совершенно нереальными для существующих химических аккумуляторов.
Энергию сохранит воздух
Американская компания «Magnum Energy НС» собирается использовать подземные пещеры на глубине около 1,5 км для хранения сжиженного воздуха, используемого для получения электроэнергии. Создать хранилища предполагается возле города Дельта в штате Юта, где располагаются огромные подземные запасы соли, которые рассчитывают вымывать при помощи специальной техники. На первом этапе предполагается обустроить хранилища для природного газа, добываемого неподалеку - в Скалистых горах. Отработав технологию, компания намерена приступить к созданию хранилища... для воздуха.
По мнению авторов этого проекта, сжатие воздуха может считаться одним из самых дешевых способов хранения энергии. Например, в ясный день солнечная электростанция будет производить избыток электроэнергии. Его направят на сжатие и закачку воздуха. Когда электричество понадобится, воздух заставят крутить турбины. Так авторы надеются преодолеть основную трудность в повсеместном внедрении ВИЭ - нестабильность выработки ими электроэнергии и, соответственно, проблему хранения и преобразования энергии от них.
Впрочем, пока величина запасаемой таким образом энергии невелика — до 25 кВт/ч при максимальной мощности до 200 кВт. По оценкам разработчиков, потери энергии, запасаемой и забираемой из таких накопителей, не превышают 2%, что намного лучше, чем у систем хранения энергии, основанных на иных принципах (упомянутые ГАЭС, химические аккумуляторы и т.д). В то же время понятно, что срок хранения энергии в маховиках, в отличие от этих систем, невелик — речь пока может идти только об их использовании в качестве буфера, компенсирующего резкие пики и спады потребления электроэнергии в течение суток.
Наборы из множества таких устройств, включенных параллельно, могли бы накапливать уже вполне ощутимые запасы энергии; при этом главным преимуществом стало бы то, что происходило бы это очень быстро (столь же быстро можно было бы и «востребовать» накопленное). А ведь это очень важно. Дело в том, что любые из существующих промышленных генерирующих мощностей (например, на тепловых электростанциях) не могут быстро реагировать на изменение нагрузки, да и вообще всякие изменения режимов их работы крайне невыгодны.
Вот в таких-то ситуациях, связанных с резкими скачками нагрузки в сети, накопители в виде маховиков и могли бы стать вполне разумным решением. По оценкам разработчиков, время реакции подобных систем просто фантастическое — около 5 мс.
Установки с подобными накопителями уже продемонстрировали свою эффективность на испытаниях в ряде населенных пунктов США, жители которых еще не забыли кошмар своих обесточенных городов из-за цепного отключения мощностей и готовы на многое ради того, чтобы снизить вероятность повторения таких событий.
Впрочем, думается, и российской энергосистеме, которая в силу ряда особенностей заметно устойчивее к колебаниям нагрузки, чем энергосети США, подобные накопители могли бы оказаться полезными.
Изобретение... лопасти
Интересный способ сгладить неравномерность выработки электроэнергии от ВЭУ нашел профессор Университета Ноттингема (Великобритания) Симус Гарви, заключивший, что ветряки, расположенные в открытом море, вообще не следует оснащать электрогенераторами, поскольку такие мощные устройства, вырабатывающие ток даже при самых низких скоростях вращения вала, оказываются очень тяжелыми и, соответственно, очень дорогими. Вместо этого он предлагает делать лопасти ветряка... полыми. Внутри каждой из них должен свободно перемещаться тяжелый поршень. Когда лопасть опускается, поршень сдвигается к ее концу, а когда она поднимается вверх, поршень, наоборот, скользит по направлению к оси, сжимая вошедший через отверстия в корпусе воздух. Сжатый воздух закачивается в специальные пакеты из тонкой и прочной синтетической ткани, плавающие на глубине 500 м!
Эти хранилища, удерживаемые от разрыва давлением вышележащих слоев воды, служат своеобразными буферами, гарантирующими равномерную выработку электроэнергии даже при непредсказуемом ветровом режиме. Из подводных баллонов воздух подается по трубам к дополнительным компактным турбинам-генераторам. По оценкам, его запаса должно хватать для поддержания их вращения в течение нескольких дней даже при полном штиле.
Такая «интегрированная возобновляемая энергетическая система на сжатом воздухе» (Integrated Compressed Air Renewable Energy Systems — ICARES) впечатляет своими масштабами: по оценкам Гарви, чтобы поршни не зависали на концах лопастей из-за центробежных сил, турбина должна двигаться медленно и быть очень крупной — свыше 200 м в диаметре (в идеале — 500 м). Что касается подводных хранилищ энергии, то автор видит их как гигантские грозди огромных воздушных «подушек» (диаметром по 20 м).
Работы по проекту ведутся с 2006 г., а ныне в университете создали компанию «Nimrod Energy», основной задачей которой станет коммерциализация этой технологии. Предполагается, что системы ICARES появятся на рынке уже через год. Но на первых порах использовать их будут для хранения энергии, выработанной энергоустановками других типов. А морские турбины-гиганты от «Nimrod», по прогнозам разработчиков, могут появиться лет через 10—15.
Необычный аккумулятор и некоторые другие способы
Сегодня довольно высокая активность на Западе связана и с проектами хранения электроэнергии, выработанной, в частности, на весьма популярных здесь ВЭУ, в виде полученного с ее помощью водорода. Причем в таких проектах водород предлагается использовать не как топливо, а как временный энергоноситель. Впрочем, по оценкам экспертов, подобные схемы, которые могут быть весьма эффективными с энергетической точки зрения и вполне приемлемыми с точки зрения экологии, увы, пока остаются слишком дорогими.
Не прекращаются и исследования, связанные с различными технологиями закачки сжатого воздуха в подземные или подводные хранилища.
Но, как уже отмечалось, у каждого из упомянутых способов хранения энергии есть свои достоинства и недостатки, каждый из них хорош по-своему, но ни один нельзя признать идеальным. В связи с этим в последнее время появились даже призывы вернуться к, казалось бы, давно и всесторонне изученным химическим аккумуляторам. Впрочем, не совсем обычным — расплавленным.
Вообще-то так называемые горячие аккумуляторы придуманы тоже много лет назад. Известно немало их разновидностей, обладающих завидными удельными характеристиками. Только вот обеспечить необходимую для них рабочую температуру в сотни градусов по шкале Цельсия нелегко, так что это условие накладывает серьезные ограничения на возможные области их применения, а также на возможный срок их действия (все прежние предложения использовать такие аккумуляторы в широких масштабах оказывались неконкурентоспособными из-за крайне непродолжительного срока их действия). Впрочем, в японской префектуре Аомори, к примеру, уже несколько лет действует комплекс из 17 крупных блоков серно-натриевых горячих батарей мощностью 34 МВт, которые подключены к сети через преобразователи переменного/постоянного тока. Данный комплекс входит в состав новой ветровой фермы «Futamata», значительно сглаживая неравномерность выработки электроэнергии ВЭУ (позволяя удовлетворить дневной пик потребления и накапливая энергию ночью).
Но новый аккумулятор, прототип которого создали американские ученые, по их оценкам, будет втрое дешевле лучших сегодняшних батарей, намного долговечнее их и главное — гораздо мощнее. Профессор Дональд Сэдовей и его коллеги из Массачусетского технологического института придумали оригинальное устройство для аккумулирования электрической энергии, которое, по их мнению, уже в недалеком будущем позволит использовать по ночам энергию, полученную от солнечных панелей (или энергию ветра в штиль). Такой аккумулятор размером с привычный для американцев контейнер для мусора в индивидуальном доме (его объем — около 150 л), как считает Сэдовей, мог бы стать неотъемлемым атрибутом «зеленого» дома, обеспечивая все его потребности в энергии даже на пике потребления, а подзаряжался бы он от «непостоянных» ветряков и солнечных панелей. Ну а крупным наборам таких аккумуляторов, по мнению разработчиков, вполне по силам было бы снабжение электричеством целых поселений — аккумулирующая станция мощностью в 13 ГВт (достаточная для питания крупного города) заняла бы всего 6 га.
За счет чего достигается такая плотность мощности? Дело в том, что, как уверяют разработчики, эти батареи способны отдавать и принимать в 10 раз более сильный ток, чем все известные типы химических аккумуляторов.
Понимая, что слишком сильный ток может с легкостью повредить устройство, попросту расплавив всю конструкцию, Сэдовей предложил: пусть расплавленное состояние будет нормой для всех частей батареи. В прежних горячих аккумуляторах помимо корпусов и контактов был еще один важный твердый (нерасплавленный) элемент — твердый электролит (специальная проводящая керамика), а в новом аккумуляторе твердых частей внутри нет вообще, кроме внешнего корпуса, все жидкое — и электролит, и электроды. Все элементы новой необычной системы не смешиваются между собой благодаря разной плотности, как не смешиваются масло и вода в покоящемся сосуде. А поскольку новая батарея призвана стать стационарным накопителем энергии, перемешиваться жидкостям вроде бы не от чего.
Разработанный аккумулятор напоминает тугоплавкий «стакан» (корпус служит первым наружным контактом), накрытый крышкой (второй наружный контакт). Между ними — диэлектрик, а вокруг теплоизолирующая оболочка. На дно емкости авторы поместили сурьму (это первый внутренний электрод), следом сульфид натрия (электролит), а сверху магний (второй внутренний электрод). Все компоненты — в расплавленном виде.
При заряде слой электролита в таком аккумуляторе становится тоньше, а расплавленные электроды — толще. При разряде все происходит в обратном порядке: материал электродов (ионов) частично переходит в электролит, так что центральный жидкий слой растет, а боковые — электроды — сокращаются.
Такая система, использующая довольно необычные для химических аккумуляторов принцип работы и конструкцию, как выяснилось, способна выдержать огромное число циклов зарядки и разрядки, многократно превышающее все, что могли продемонстрировать прежние батареи, а кроме того, может отдавать и принимать гигантские токи без каких-либо повреждений (в системе просто нечему выйти из строя). Наконец, все компоненты такого аккумулятора оказались на удивление недорогими, так что установить подобные системы можно где угодно.
Авторы построили опытный образец расплавленной батареи. Ее удельная емкость пока не слишком впечатляет. Но это не столь уж критично — для стационарного накопителя энергии масса системы не слишком важна. К тому же ученые полагают, что все характеристики новой батареи можно будет серьезно улучшить, сохранив принцип работы, но подобрав иные компоненты.
Довести созданный прототип до коммерческого варианта разработчики обещают лет через пять. И это довольно быстро, если учесть, что горячие аккумуляторы прежних типов хотя и были изобретены очень давно, до сих пор несмотря на все попытки их совершенствования все еще считаются экзотикой.
По материалам sciencedaily.com, physorg.com, membrane.ru и других источников

Экономия электричества в итоге приводит к двум хорошим вещам: уменьшение эффекта глобального потепления, а также сохранение ваших сбережений в течение длительного времени. Осмотритесь у себя дома или в офисе: каждый прибор, расходующий энергию, может стать более экономным. Изолирование дома и изменение повседневных привычек – эти действия помогут заметно снизить потребление электроэнергии. Читайте далее, чтобы узнать, как сэкономить на электричестве.

Шаги

Освещение

1. Выберите естественный свет. Откройте шторы и позвольте солнцу залить вашу комнату! Использование естественного света днем может заметно снизить ваш расход электричества. Это применимо как для проведенного вами времени на работе, так и для времени дома. Естественный свет повышает наше настроение, добавляя вам еще больше желания немедленно открыть жалюзи.

   • Постарайтесь организовать свое рабочее место так, чтобы на него попадал естественный свет. Постарайтесь выключать настольные лампы всегда, когда возможно. Если вам не хватает света, воспользуйтесь маломощной настольной лампочкой.
   • Купите полупрозрачную тюль или жалюзи, чтобы ваша личная жизнь осталась личной, а свет продолжал заполнять пространство.

2. Смените ваши лампочки. Вы очень сэкономите электроэнергию, если замените обычные лампы накаливания на новые энергосберегающие лампы или лампы, выполненные по технологии LED. Тогда как обычные лампы накаливания дают свет за счёт выделения тепла, энергосберегающие лампы лучше сохраняют электричество и имеют долгий срок службы.

   • Энергосберегающие лампы стали первой альтернативой лампам накаливания, они используют около четверти энергии, затрачиваемой лампами накаливания. Они содержат достаточное количество ртути, поэтому, если такая лампочка перегорит, от нее нужно избавиться должным образом.
   • Лампочки с технологией LED не так давно появились на рынке. Они дороже обычных энергосберегающих ламп, но они служат еще дольше и не содержат ртути.

3. Выключайте свет. Это самый простой способ экономить электроэнергию, и он действительно работает. Начните обращать внимание на то, сколько ламп горит у вас в доме в определенное время. Подумайте, сколько ламп вам действительно необходимо использовать. Возьмите себе в привычку каждый раз, когда выходите из комнаты, выключать за собой свет.

   • Если вы хотите сэкономить еще больше, постарайтесь в ночное время находиться всей семьей в одной-двух комнатах, вместо того, чтобы включать свет во всем доме.
   • Для максимальной экономии электричества – используйте свечи! Этот старомодный способ освещения ночью эффективен, романтичен и очень спокоен. Если вам не удобно постоянно использовать свечи, попробуйте делать это хотя бы раз в неделю. Будьте осторожны со свечами, если у вас дома есть дети, или, по крайней мере, убедитесь, что все члены вашей семьи знают, как обращаться со свечками.

   Домашние приборы

   1. Отключите от сети приборы, которые вы не используете. Вы знали, что приборы, которые просто подключены в сеть, продолжают потреблять электричество, даже если они выключены? Даже такой прибор, как кофеварка, просто включенный в сеть, продолжает потреблять энергию, при том, что последняя кружка кофе была выпита уже достаточно давно.

      • Выключите ваш компьютер и отключите его от сети в конце дня. Компьютеры расходуют большую долю электроэнергии, поэтому, вы тратите много энергии и денег, когда они подключены.
      • Не оставляйте ваш телевизор все время подключенным к сети. Может быть, неудобно каждый раз вытаскивать его из розетки, однако, ваши старания окупятся.
      • Отсоедините от сети вашу звуковую систему и колонки. Один из самых бездарных способов потратить электроэнергию - оставить их включенными, когда они не используются.
      • Не забывайте и о мелкой технике, такой как зарядки для телефонов, кухонные приборы, фены для волос, и остальные вещи, которые могут потреблять электричество.

   2. Замените старые приборы на новые - с лучшим потреблением энергии. Компании не переживали о сохранении энергии, когда производили приборы раньше. Новые модели нацелены на сохранение энергии, уменьшение платы за свет. Если у вас есть старый холодильник, электрическая печка, или духовка, посудомоечная машина, стиральная машинка, сушилка, или другая крупная бытовая техника, подумайте о ее замене.

      • Посмотрите рейтинг сбережения электроэнергии на новую технику. Он поможет вам оценить, как много электроэнергии потребляет прибор. Большинство приборов с высоким рейтингом энергосбережения стоят на порядок дороже тех, у которых рейтинг ниже, однако эта разница в цене со временем окупится за счет сокращения расходов за электричество.
      • Если для вас замена бытовой техники дома не является приемлемым вариантом, есть множество способов снизить затраты на электроэнергию.
        • Заполните посудомоечную машину полностью, вместо того, чтобы мыть малые объемы посуды.
        • Не открывайте духовку во время приготовления в ней пищи, так как вы выпускаете из нее жар и потребуется больше энергии, чтобы вернуть прежнюю температуру.
        • Не стойте перед открытым холодильником, размышляя, что бы вам съесть. Откройте и закройте его как можно скорее. Так же, проверьте герметичность дверцы холодильника и замените резинки, если потребуется.
        • Полностью загружайте стиральную машину, вместо того, чтобы стирать маленькими порциями.

   3. Уменьшайте ваше пользование бытовыми приборами. В былые времена люди не пользовались бытовой техникой для ведения домашнего хозяйства; попробуйте использовать только те приборы, которые действительно нужны. Сокращение использования бытовой техники может отнимать большее количество времени, однако, если в этом процессе будет принимать участие вся семья – вы можете управляться со всем заметно быстрее.

      • Большинство людей стирают одежду чаще, чем это необходимо; постарайтесь снизить количество стирок до одного раза в неделю.
      • Протяните бельевую веревку на балконе или на заднем дворе и развешивайте на ней мокрую одежду, вместо того, чтобы пользоваться электрической сушилкой.
      • Мойте посуду руками (так же экономя воду), вместо использования посудомоечной машины.
      • Постарайтесь выпекать что-либо один раз в неделю, во время этого вы сможете приготовить несколько различных блюд. Таким образом, вам не придется нагревать духовку снова и снова.
      • Избавьтесь от маленьких приборов, которые вам действительно не нужны, такие как электрические освежители воздуха. Просто откройте окна!

   Обогрев и охлаждение

   1. Утеплите дом. Качественная изоляция окон и дверей поможет хорошо сохранить электроэнергию. Изоляция позволит вашему дому сохранять охлажденный воздух внутри в летнее время, а так же удерживать тепло и не пропускать холодный воздух в зимнюю пору.

      • Наймите человека, который сможет проверить изоляцию вашего дома и определить, достаточно ли она качественная. Проверьте чердак, пол, потолок, стены и подвал. Возможно, вам потребуется новая изоляция для вашего дома.
      • Проклейте ваш дом, используя монтажную ленту и утеплитель в дверных проемах, окнах и вокруг оконных форточек. Вы также можете поставить стеклопакеты – они лучше удерживают тепло во время зимы.

Как технологии хранения электроэнергии изменят мир

Текст: Андрей ВЕЛЕСЮК

В прошлом году миллиардер Илон Маск в очередной раз взбудоражил общественность: его компания за 100 дней построила и подготовила к эксплуатации хранилище для электроэнергии общей емкостью 100 МВт. Это обострило дискуссию о технологиях хранения электроэнергии и переменах, которые их развитие может принести. Мы решили разобраться, как в России готовятся к грядущим переменам и чего конкретно стоит ждать.

Фото: Flickr.com, Flickr/U.S. Department of Energy, Siemens.com, Росатом,
Newsroom.ucla.edu

Общее положение дел
В августе прошлого года министерство энергетики опубликовало «Концепцию развития рынка систем хранения электроэнергии в Российской Федерации».

Россия с существенным отставанием приступает к формированию национальной промышленности систем накопления энергии и развитию рынка применения этих систем в различных секторах экономики. К примеру, в США уже в 2010 году запустили программу California Energy Storage Mandate, согласно которой в стране к 2020 году будет 1325 МВт мощностей хранения. Великобритания и Китай озаботились этим вопросом в 2016 году: первая приобрела 201 МВт систем хранения, второй планирует к 2021 году построить системы хранения емкостью 46 ГВт. А в прошлом году СМИ растиражировали историю, главным героем которой стал опять же Илон Маск: в Австралии за 100 дней была построена самая большая в мире система литий-ионных батарей (См. справку).

Авторы российской «Концепции» перечислили основные события на рынке систем хранения электроэнергии, которые уже происходят в стране: «создано множество стартапов», проводятся профильные конференции, Минобрнауки за три года выделило 1,3 млрд руб. на соответствующие НИОКР, есть программы инновационного развития. Из всего этого сделан вывод: в России пока ведутся разрозненные и нескоординированные действия, не обеспечивающие достижения прорывного эффекта в развитии отрасли и рынка систем хранения электроэнергии.

• «Интернет энергии» - использование систем хранения электроэнергии в составе распределительной энергетики;
• «новая генеральная схема» - использование систем хранения электроэнергии в составе крупной централизованной энергетики;
• «водородная энергетика» - использование систем хранения электроэнергии в водородном цикле для энергетики с высокими требованиями к автономности, мобильности, экологичности.

Большинство экспертных советов предсказуемы. Как правило, они рекомендуют осуществить пилотные проекты, поддержать НИОКР, снять регуляторные барьеры, разработать мероприятия по стимулированию спроса и развитию рынка, принять меры для развития научно-технологической инфраструктуры. Упоминается в «Концепции» и косвенное стимулирование рынка за счет изменения правил ценообразования для конечных потребителей, в частности, введение сильно дифференцированных по часам тарифов и управление спросом.

Авторы документа утверждают, что к 2025 году объем мирового рынка систем хранения электроэнергии составит около $ 80 млрд. В оптимистичном сценарии российский рынок этих систем к тому времени достигнет около $ 8 млрд в год, а общий экономический эффект, за вычетом инвестиций и с учетом экспорта (систем хранения электроэнергии и водородного топлива), составит около $ 10 млрд в год.

Спор на $25 млн

В австралийском штате Южная Австралия, зависящем от возобновляемых источников энергии, живет 1,7 млн человек; у них регулярно возникали проблемы с энергоснабжением. На территории штата было недостаточно хранилищ, чтобы поставлять больше электроэнергии во время пиковых нагрузок. В марте прошлого года основатель и глава компании Tesla Илон Маск пообещал решить эту проблему.

Миллиардер написал в своем твиттере, что готов в течение 100 дней обеспечить бесперебойную поставку электроэнергии в штат Южная Австралия. Он пообещал установить там систему батарей общей мощностью 100 МВт, стоимость которой составит $ 25 млн без учета затрат на работы по установке и налогов. Если бы компания не успела сделать это за 100 дней, заказчики не заплатили бы Tesla ни цента.

В июле Илон Маск объявил, что получил от властей Австралии согласие на строительство там самой большой в мире системы литий-ионных батарей. Станцию хранения электроэнергии подключили к ветряной электростанции в городе Джеймстаун, принадлежащей компании Neoen. Общая мощность системы батарей составила 100 МВт, емкость - 129 МВт∙ч.

В ноябре компания Tesla отчиталась о завершении работ по установке системы сверхъемких аккумуляторов Powerpack выходной мощностью 100 МВт. Правда, тогда же издание Mashable обнаружило, что к моменту официального старта работ система уже функционировала на половине проектной мощности - 50 МВт. То есть формально условие было выполнено, но Маск подстраховался, начав строить станцию раньше официального одобрения.

Впрочем, компания Neoen, за два дня заработавшая на этих аккумуляторах $ 800 тыс. (австралийских), возмущаться не стала.

Технологии хранения изменят ландшафт энергетики
Консультанты компании VYGON Consulting уверены, что развитие систем хранения энергии сыграет ключевую роль и в росте доли объектов генерации на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ).

Хотя в развитых странах этот сегмент и так растет достаточно быстро: в 2017 году в Германии 36,1% электроэнергии вырабатывалось из ВИЭ (на 3,8% больше, чем годом ранее). В Дании с помощью таких источников удовлетворяется более 40% общенационального спроса на электроэнергию.

Стоит также учесть, что, по данным Международного энергетического агентства (МЭА), в ближайшие 25 лет более трети действующих мощностей в мире (2,3 тыс. ГВт) достигнут предельного возраста и будут выведены из эксплуатации. И скорее всего, в случае значительного удешевления технологий хранения энергии, все эти электростанции будут замещены распределенными генерирующими объектами ВИЭ. Но пока все упирается в дороговизну решений.

Эксперты VYGON Consulting считают также, что в ближайшей перспективе прорывом станет достижение сетевого паритета между технологиями хранения энергии и генерацией ВИЭ в островных и автономных системах, не обладающих значительными запасами прочности по резервам. Яркие примеры таких территорий - изолированные районы Крайнего Севера и Дальнего Востока России. Именно они могут стать пилотными регионами для опытного и промышленного применения гибридных решений энергоснабжения на основе генерирующих мощностей ВИЭ в сочетании с системами хранения.

Заместитель председателя правления УК «РОСНАНО» Юрий Удальцов также считает, что появление большого количества накопителей фундаментально изменит энергосистему. Сейчас для регулирования частоты диспетчер закладывает большой резерв мощностей, чтобы покрывать пики в отдельные часы. В итоге станции в среднем загружены меньше, чем могли бы быть. С появлением промышленных накопителей графики выработки и потребления можно будет развести и сделать удобными для каждой стороны. Это принципиально изменит рынки электроэнергии и энергомашиностроения, ориентированного на маневренность. Если в ней не будет необходимости, достаточно поставить АЭС в базовый режим работы и не содержать «запасные» мощности. Ю. Удальцов заметил, однако, что это станет возможным не ранее чем через 20 лет.

Еще один тренд в изменении ландшафта энергетики касается потребления электричества, в частности, бурно растущего сегмента «умный дом». Речь идет о жилье, в котором управление системами жизнеобеспечения максимально автоматизировано. По данным отчета маркетинговой компании Zion Market, сейчас мировой рынок решений для «умного жилья» составляет $ 246 млрд и до 2022 года его среднегодовой темп роста выручки составит 17,5%. Аналитики IDC, в свою очередь, утверждают, что в прошлом году в мире продали 433,1 млн устройств, относящихся к системе «умного жилья», и в ближайшие пять лет среднегодовые темпы роста составят примерно 18,5%. То есть к 2022 году в мире уже будет 939,7 млн аналогичных устройств. В программе «Цифровая экономика Российской Федерации» создание «умных городов», состоящих из «умных домов», названо одним из ключевых направлений.

Особенность энергообеспечения «умного дома» в том, что из-за подключенных видеоустройств, систем безопасности, датчиков дыма, «умных» осветительных приборов и т. п. он становится весьма энергоемким. Если безопасность дома зависит от энергообеспечения, потребителю очень важны надежность и бесперебойная работа оборудования. Все чаще владельцы «умных домов» используют автономные генераторы и источники бесперебойного питания (ИБП), к которым подключают самые важные системы: освещения, оповещения и пожарной безопасности. Таким образом, мы наблюдаем активное развитие сегмента распределительной энергетики.

Почему аккумуляторы не используют повсюду?
Первая понятная технология хранения энергии появилась еще в конце XIX века - это были гидроаккумулирующие электростанции. ГАЭС в период низкого спроса на электроэнергию (например, ночью) потребляют ее для набора воды в верхнее водохранилище. А в моменты пиковых нагрузок (например, в утренние часы в мегаполисе) производят электроэнергию за счет резкого сброса воды.

В России единственная действующая станция такого типа - Загорская ГАЭС в Московской области. Она помогает покрывать пиковое потребление электроэнергии столичного региона.

Сегодня совокупная мощность разного рода систем хранения энергии в мире - примерно 150 ГВт. Подавляющая доля систем хранения (97%) приходится на гидроаккумулирующие электростанции, причем в строительство новых ГАЭС ежегодно вкладывается $ 7−10 млрд. Лидеры по установленной мощности ГАЭС: Китай (31 999 МВт, 34 ГАЭС), Япония (28 252 МВт, 43 ГАЭС) и США (22 561 МВт, 38 ГАЭС). Среди прочих накопителей выделяются системы на сжатом воздухе, сульфидные натриевые и литиевые аккумуляторные батареи.

Что касается аккумуляторных батарей, эксперты оценивают затраты на их установку в пределах $ 200−800 за 1 кВт установленной мощности. Наименьшие затраты - у свинцово-кислотных аккумуляторов. Основной недостаток аккумуляторных батарей - низкая продолжительность жизни по сравнению с ГАЭС. Срок службы батарей может довольно сильно варьироваться в зависимости от частоты применения, скорости разрядки и количества циклов глубокой разрядки.

Есть у систем хранения электроэнергии еще одна неочевидная сторона, помимо финансовых и технологических, - это моральный аспект. Дело в том, что для производства аккумуляторов и аккумуляторных батарей, на которых работает вся современная техника, используют кобальт. Каждый год в мире добывают примерно 120 тыс. тонн кобальта, и 60% его добычи приходится на Демократическую Республику Конго. Для сравнения: на Канаду приходится 6% добычи, на Австралию - 4%, на Россию - 3%. Цены на кобальт растут стремительно, и это стимулирует рост его добычи в Конго.

По данным ЮНИСЕФ, которые приводит интернет-издание «Медуза», в 2014 году из 150 тыс. местных горняков около 40 тыс. были детьми. Причем после того, как кобальт начал дорожать, детей в шахтах стало больше, считает Amnesty International. Некоторые из них не старше четырех лет. Рабочий день ребенка длится в среднем 12 часов, дневной заработок колеблется в районе $ 1−2.

Однако эксперты полагают, что можно избежать роста цен на кобальт и снизить объемы его потребления. Один из металлов, способных заменить кобальт (а точнее, снизить его долю в аккумуляторах до 10% с нынешних 50%), - никель. Его запасы в мире больше, он равномернее распределен между странами и потому дешевле. В таком случае удастся решить и моральную проблему.

Альтернатива литий-ионным аккумуляторам
Первые литий-ионные аккумуляторы корпорация Sony выпустила в 1991 году. С того времени их емкость практически удвоилась: 110 Втч/кг превратились в 200 Втч/кг; они до сих пор главенствуют в мире аккумуляторов, но ученые активно работают над новыми технологиями хранения энергии. Вот самые интересные из них.

Натрий-ионные аккумуляторы. В таких аккумуляторах в качестве ионов, перемещающихся между электродами, используют натрий. При низкой себестоимости главный недостаток таких батарей - небольшая емкость. Ученые из Стэнфордского университета разработали новый натриевый катод, позволяющий добиться увеличения емкости. Несмотря на то что пока прошли только первичные тесты, в будущем ученые планируют оптимизировать материал и строение анода для создания полноценного эффективного аккумулятора.

Аккумуляторные батареи на основе алюминия. Группа исследователей все того же Стэнфордского университета уже несколько лет работает над недорогим решением, которое позволило бы накапливать и хранить солнечную энергию. Батарея состоит из алюминиевого анода и графитового катода, погруженных в электролит. В качестве последнего пока остановились на мочевине - химическом соединении, которое активно используется в качестве удобрения.

Такая батарея полностью заряжается за 45 минут и не горит, в отличие от литий-ионных аккумуляторов. Сейчас ученые работают над коммерческой версией батареи, в первую очередь над продлением срока ее службы - нынешняя версия выдерживает всего 1500 циклов.

Органические быстрозарядные аккумуляторы. Израильский стартап StoreDot в прошлом году представил аккумулятор для электромобилей, разработанный на основе собственных технологий. Они используют слои наноматериалов и органических соединений, которые, по словам представителей компании, никогда раньше не использовались в аккумуляторах.

В результате получился аккумулятор, который заряжается за 5 минут и может проехать на этой зарядке 300 миль. CEO StoreDot Дорон Майерсдорф говорит, что такая зарядка поможет росту популярности электромобилей. Во-первых, из-за скорости зарядки. Во-вторых, потому что FlashBattery безопаснее литий-ионных аккумуляторов - она выдерживает более высокие температуры и не горит.

Твердотельные аккумуляторы. В прошлом году Toyota объявила о прорывном открытии в собственном производстве. К 2020 году автогигант планирует начать выпуск полностью твердотельных литиевых аккумуляторов, внутри которых - жидкий или гелевый электролит. Они будут плотнее, меньше и легче нынешних. Еще один плюс - длительный срок службы.

Супер- и ультраконденсаторы. Это гибриды конденсатора (электронного компонента, способного накапливать и отдавать электрический заряд) и химического источника тока (батарейки или аккумулятора). По сравнению с литий-ионными аккумуляторами суперконденсаторы обладают более высокой скоростью зарядки-разрядки и бóльшим ресурсом.

В интервью EnergyLand.info руководитель проекта «Конгран» Семен Червонобродов рассказал, что его группе удалось создать прототипы двух накопителей электрической энергии, принципиально различающихся по физическим принципам действия. Первый - суперконденсатор с высокой для этого типа энергонакопителей удельной емкостью. Второй - литий-ионный гибридный суперконденсатор с принципиально новым катодом. Также создан новый, экологически чистый электролит на основе полиаминокислот.

Основной сферой применения суперконденсаторов он считает транспортную отрасль. Сейчас ведутся работы над удешевлением производства.

Строительство аккумулирующих станций неизбежно
В современном мире очевиден тренд к постепенному выводу угольной генерации без установок по улавливанию и хранению CO2. Согласно прогнозам, к 2030 году будут выведены из эксплуатации 2/3 мощностей действующей генерации. Взамен в ряде государств переходят на ВИЭ.

Интеграция в энергосистему нестабильных ВИЭ ведет к снижению выбросов, но ставит вопрос о повышении гибкости энергосистемы.

Параллельно стремительными темпами растет потребность в электроэнергии, в том числе вследствие развития технологий «умного дома». В ближайшие годы миллионы устройств дополнительно будут подключены к Интернету. К примеру, аналитики IDC утверждают, что в прошлом году в мире продали 433,1 млн устройств, относящихся к системе «умного жилья», таких как датчики дыма, сигнализации, системы видеонаблюдения; в ближайшие пять лет среднегодовые темпы роста продаж составят примерно 18,5%. То есть к 2022 году в мире уже будет 939,7 млн устройств такого рода. Всё это не может не затронуть различных аспектов функционирования энергетики, и в первую очередь -объемов ее потребления и способов хранения.

В связи со всеми этими переменами в ряде государств уже сейчас в планах по развитию ВИЭ зафиксирована необходимость строительства гидроаккумулирующих станций, например, в Индонезии (3 ГВт к 2025 году) и в Испании (8,8 ГВт к 2020 году). А в штате Калифорния политика в отношении хранения энергии определена законодательным органом штата в 2010 году и требует, чтобы коммунальные предприятия и прочие энергокомпании планировали закупки объектов хранения.

Основной рост объема накопителей энергии, согласно прогнозам экспертов, в ближайшие годы будет обеспечен за счет интеграции ВИЭ с применением литий-ионных батарей. Ожидается, что к 2023 году ежегодный доход от таких аккумуляторов возрастет до $ 18 млрд. Хотя наверняка гидроаккумулирующие станции, самые крупные из доступных систем накопления энергии, еще какое-то время сохранят лидерские позиции среди общесистемных накопителей энергии.

Как собирается участвовать в этом глобальном тренде Россия? Ответа пока нет. Ведомственных концепций для реального развития рынка мало. Мы готовим обзор ситуации внутри страны в части развития технологий хранения энергии и перспектив спроса. Ищите его в одном из ближайших выпусков журнала.

Как в мире сохраняют электроэнергию

Ирландско-немецкие гибриды
Ирландские власти планируют к 2020 году добиться того, чтобы 40% энергобаланса в стране обеспечивали ВИЭ; к 2035 году они хотят довести этот показатель до 100%. Большая часть этой электроэнергии поступает с крупных ветряных электростанций.

Для того чтобы стабилизировать систему, немецкая компания Freqcon GmbH в Южном Дублине в 2016 году ввела в эксплуатацию систему хранения энергии, интегрированную с ультраконденсаторами Maxwell и литий-ионными батареями, для Tallaght Smart Grid Testbed. Литий-ионная батарея UltraBattery - это гибрид химической батареи и ультраконденсатора. Поставщик батареи, компания Ecoult, утверждает, что изобретение безопасно, устойчиво, надежно и пригодно для вторичной переработки. Система имеет установленную мощность 300 кВт и емкость 150 кВт∙ч.

Она разработана в первую очередь для демонстрации работы системы поддержки стабильности распределительной сети и решения проблем, связанных с нерегулярностью производства электроэнергии на электростанциях, работающих на ВИЭ.

Если система покажет свою жизнеспособность, ее развернут по всему Дублину и в дальнейшем - по всей Ирландии.

Нидерландские автомобили-батарейки
В апреле этого года в Mitsubishi анонсировали совместный проект с компаниями Hitachi и Engie, который позволит использовать электромобили в качестве хранилищ возобновляемых источников энергии для зданий.

Тестовые работы развернут в офисном здании Engie, расположенном в голландском городе Заандаме. Там Hitachi установила свое двунаправленное зарядное устройство V2X, способное отправлять энергию обратно в сеть.

Зарядное устройство подключено к энергоснабжению здания, которое, в свою очередь, оснащено солнечными батареями. Поскольку батареи зачастую генерируют избыточную электроэнергию, она будет храниться в аккумуляторе электромобиля. В случае перебоев эти автомобили будут действовать как аварийное питание. В качестве батареи компании будут использовать электромобиль Mitsubishi Outlander (PHEV).

Если эксперимент окажется успешным, линейку электромобилей, которые могут участвовать в создании аналогичных систем регулирования энергии, обещают расширить. В британской энергокомпании Moixa утверждают, что всего десять новых автомобилей Nissan LEAF могут хранить столько энергии, сколько хватит на час стандартного энергопотребления тысячи домов.

Первыми о подобном использовании электромобилей заявили специалисты Renault: они пообещали создать на португальских островах Мадейра интеллектуальную электрическую экосистему, в которой батареи будут использоваться как стационарные хранилища энергии.

Ультраконденсаторы из Сан-Диего
С 2016 года кампус Калифорнийского университета в Сан-Диего обеспечивается электроэнергией в режиме микроэнергетической системы с пиковой мощностью 42 МВт.

В кампусе проживает 45 тыс. человек - как в небольшом городе. 85% потребления покрывает собственная генерация, включающая парогазовую установку (30 МВт), станцию на топливных элементах (2,8 МВт), солнечную фотоэлектрическую станцию (2,2 МВт).

Система хранения организована из стандартных литий-ионных хранилищ и ультраконденсаторов. Цель проекта - убедиться, что ультраконденсаторы могут обеспечить более экономичную систему хранения энергии и лучшее время отклика, чем батареи.

Как мы уже говорили, в ультра-, или суперконденсаторах заряды разделяются электростатически, а не химически. Это позволяет ультраконденсаторам заряжаться и разряжаться за доли секунды, нормально функционировать в широком температурном диапазоне (от -40 0С до +65 0С), надежно отрабатывать 1 млн циклов зарядки/разрядки и противостоять вибрации. Батарея конденсаторов включается параллельно автомобильному аккумулятору. Параллельная схема значительно увеличивает срок службы аккумулятора, позволяя ему иметь меньшую емкость и, следовательно, меньшие габариты.

До появления ультраконденсаторов эта схема была нереализуема из-за больших размеров конденсаторов. Теперь, если происходит резкое снижение мощности, модули ультраконденсатора поддерживают систему, а когда солнечная энергия возрастает, они заряжаются. Таким образом, ультраконденсаторы выполняют быстрые функции, такие как управление частотой, в то время как батареи используются для сдвига пика потребления и формирования оперативного резерва.