Постоянные крики скептиков по поводу солнечной и ветровой энергетики звучат так: «Что происходит, когда не светит солнце или не дует ветер?» Хранение излишков энергии на случай перебоев в выработке возобновляемыми источниками (а они действительно имеют место) всегда было актуальной проблемой для отрасли.
Обычные аккумуляторы, даже современные литий-ионные, нелегко масштабировать до размера, необходимого для резервного питания города. Они также — что иронично, учитывая их назначение, — имеют собственные проблемы с утилизацией. Их сложнее разобрать, чем старые свинцово-кислотные аккумуляторы; полученные после разборки материалы нелегко утилизировать; а добыча кобальта, важного для стабилизации аккумуляторов, дорого обходится для экологии.
Тем не менее, значительным достижением стало то, что в конце прошлого года в калифорнийской пустыне заработала самая большая в мире однофазная батарея аккумуляторов. Хранилище Crimson является системой емкостью 350 МВт / 1400 МВтч. Несколько элементов этой батареи покрывают около 2000 акров и могут поставлять электричество в 47 000 домов в течение года (однофазное питание, обычно необходимое для бытовых потребителей). Это первый проект автономного хранилища энергии, одобренный администрацией президента Байдена и продемонстрировавший заинтересованность США в этом направлении.
Примерно в то же время в британском Восточном Йоркшире была подключена к сети крупнейшая в Европе аккумуляторная система хранения, способная накопить достаточно энергии, чтобы обеспечивать 300 000 домов в течение двух часов (приблизительно 200 МВтч электроэнергии за цикл).
Тем не менее, традиционные решения по аккумуляторному хранению энергии не являются единственными возможными вариантами. Какие варианты еще доступны?
Он жесткий, шершавый и проникает повсюду
Как насчет песка? Финские инженеры превратили 100 тонн песка в «хранилища электроэнергии» на электростанции Vatajankoski, используя его для хранения тепла, которое затем при необходимости преобразуется обратно в горячий воздух, нагревая воду в местных домах. В январе, после полутора лет успешных испытаний и эксплуатации, хранилище был официально открыто министром экономики Финляндии. Оно работает «даже лучше, чем мы ожидали», по словам Маркку Юлёнена, технического директора Polar Night Energy, который стоит за проектом и разрабатывает ряд решений. Песок поддерживает свою температуру, а при правильных условиях аккумулятор (песчаный?) может сохранять температуру 500 °С и более в течение нескольких месяцев. Следующий шаг — модернизированная версия хранилища, в 20 раз большего размера, на 2000 тонн песка.
Роняя напряжение
А как насчет гравитации? Насосная гидроэнергетика — технология, когда вода поднимается вверх по склону, а затем восстанавливает свой импульс — уже является повсеместно распространенным методом хранения, хотя и работает в масштабах, которые трудно локализовать. Применение электродвигателей для подъема тяжелого груза, а затем его постепенное опускание для приведения в действие электрических генераторов — более удобный метод использовать силу вездесущего земного притяжения.
В шотландской компании Gravitricity, разрабатывающей эту технологию, убеждены в ее масштабируемости и долговечности и называют гораздо более длительный срок службы, чем у обычных аккумуляторов. И, конечно же, нет недостатка в старых шахтах с удобным перепадом уровней, которые можно было бы использовать в новых, вполне благоприятных для экологии целях.
Перемалывая числа
А некоторые идеи переносят концепцию в совершенно другие области. В 2022 году в документе, опубликованном в Журнале информатики в сфере энергетики Ассоциации по вычислительной технике США, была предложена идея «информационного аккумулятора». Когда электричества в избытке, оно используется для выполнения более предсказуемых вычислений, необходимых в крупных и энергоемких центрах обработки данных, чтобы сохраненные результаты были уже готовы и ждали до тех времен, когда подача энергии снизится. (Многие расчеты, необходимые для поисковых систем, YouTube и других популярных онлайн-инструментов, на самом деле легко предсказать.)
Барат Рагхаван, доцент кафедры информатики Инженерной школы Университета Южной Калифорнии в Витерби и автор статьи, резюмировал суть предложения — и, возможно, всего вопроса о хранении энергии — одной чеканной фразой: «В решении проблемы устойчивого экологичного развития в масштабах цивилизации нам нужны все инструменты, которые мы можем получить в свое распоряжение».
Еще один момент…
Если промышленность ищет аккумулятор, который будет работать долгие годы, какой элемент ей необходимо использовать?
Им мог бы стать Оксфордский электрический звонок, иначе известный как «кларендонская сухая батарея». Электростатическая сила раскачивает колотушку между двумя колокольчиками с 1840 года. Для приведения системы в действие требуется крошечный заряд. Это означает, что батареи разряжаются невероятно медленно, и никто не знает, как долго они в конечном итоге прослужат. По оценкам, звонок уже прозвенел более 10 млрд раз и внесен в «Книгу рекордов Гиннесса» как самый долговечный аккумулятор в мире. Вы можете найти его возле Кларендонской лаборатории Оксфордского университета в Великобритании, он все еще звенит (очень тихо).