Когда надоедают постоянные отключения и обрывы линии передач в зимнее время, когда дом погружается во тьму, а это часто происходит в самый «подходящий» момент, например, во время произнесения новогодней речи. Когда не хочется в праздничном костюме бежать в подвал или сарай — пытаться завести запылившийся без дела генератор, который кроме «удобства» пуска, обладает пренеприятнейшим свойством – потреблять недешевый бензин. Тогда приходит решение перевести энергоснабжение дома в независимое, «автономное» русло – установить солнечные панели и/или ветрогенератор.
Однако хоть греет и «электроснабжает» солнце (основной источник энергии) бесплатно, однако и здесь не обходится без сюрпризов. Обладая неоспоримым преимуществом – не шумит, не «ест» бензин – у таких систем есть и свои недостатки. Один из главных — большинство альтернативных источников электрической энергии характеризуются периодичностью выработки. Действительно, солнце светит только днем! Ветер дует, куда и когда хочет. Пожалуй, только микро- гидроэлектростанция дает энергию без перерывов, но вот незадача – не часто рядом оказывается достаточно полноводная река с возможностью устроить плотину для необходимого перепада уровней воды.
Вот здесь и возникает необходимость запасания энергии в момент ее максимальной выработки (и минимального потребления) в специальных аккумуляторах. Так как энергетика в принципе страдает от неравномерности пиков выработки и потребления (отсюда ажиотаж вокруг зональных счётчиков), вопрос аккумулирования энергии уже давно успешно решается в промышленных и бытовых масштабах. В мире проводится множество исследований и запущены проекты практических испытаний по преобразованию и консервации (аккумулированию) электроэнергии в других формах. Википедия описывает следующие, широко используемые, технологии такого аккумулирования.
Химические аккумуляторы
Кроме традиционных электрохимических аккумуляторов к ним также относят суперконденсаторы, проточные редокс-аккумуляторы (англ. «flow battery») и др. Этот тип аккумулирования будет подробно рассмотрен ниже. Обладают высокими значениями плотности энергии, циклируемостью, продолжительным сроком службы и эффективностью от 60 до 90%, в зависимости от типа используемых аккумуляторов.
Аккумуляторы сжатого воздуха
Суть аккумулирования заключается в закачивании воздуха в сосуд под высоким давлением и дальнейшим преобразованием энергии сжатого воздуха в электроэнергию (иногда совместно с тепловой энергией). Лучшие образцы, по плотности энергии, приближаются к свинцово-кислотным аккумуляторам, но имеют высокие показатели циклируемости и больший срок службы. Последние разработки связаны с созданием хранилищ сжатого воздуха под водой, на больших глубинах. Таким образом, реализуется возможность создавать колоссальные давления с использованием малопрочных материалов (в том числе тканных).
Термические хранилища
Суть сводится к использованию «избыточного» электричества сети (во время ночного спада потребления) для нагрева/охлаждения рабочего тела с последующим использованием накопленного тепла/холода для обогрева/охлаждения. В качестве рабочего тела могут выступать различные материалы: вода, эвтектические сплавы, гравий, соли и др. Метод позволяет повысить эффективность работы электросети за счет сглаживания пиков потребления. Также данный метод аккумулирования энергии используется на солнечных тепловых электростанциях с концентратором (см. рисунок ниже).
Накопление энергии в маховиках
Аккумулирование электрической энергии в виде механической, запасенной в большой массе маховика, вращающегося на большой скорости (частота оборотов достигает десятков тысяч оборотов в минуту). На данный момент, маховики обладают одним из наивысших значений удельной емкости, выдерживают от 105 до 107 циклов заряд/разряда, а эффективность достигает рекордных 98%. Основные сложности связаны с преодолением потерь на трение, а также поиском материалов, способных выдерживать высокие нагрузки «на разрыв» под действием центробежных сил.
Гидроаккумулирующие электростанции
Накопление энергии заключается в закачивании воды в водохранилище гидроэлектростанции, расположенное на возвышении. Энергия запасается в виде гравитационной, потенциальной энергии воды. Применяется на большинстве гидроэлектростанций в моменты спада потребления. При пике электропотребления закачанная вода спускается через турбину с выработкой электроэнергии.
Эффективность хранения находится в пределах 70-80%, однако выделение больших площадей (объемов) под аккумулирующий резервуар (в связи с низкой удельной емкостью и мощностью) делает данную технологию практически непригодной для частного использования. Несмотря на это, в промышленных масштабах, данная технология занимает первое место (по объему запасаемой энергии) среди методов аккумулирования. Суммарная мировая запасаемая мощность ГЭС составляет 127 000 МВт — это 99% от общей мировой емкости запасаемой энергии (по данным Wikipedia.org).
Аккумулирование энергии в сверхпроводниках
Накопление электроэнергии происходит в виде магнитного поля, возникающего при движении постоянного тока в замкнутой катушке из сверхпроводника. Катушка криогенно охлаждается до температур, обуславливающих явление сверхпроводимости. Типичная система состоит из трех частей: сверхпроводящей катушки, системы преобразования электричества в постоянный/переменный ток и криогенных холодильных машин. Электрические потери, при данном типе аккумуляции, связаны лишь с процессами преобразования переменного тока в постоянный при заряде, и обратном преобразовании – при разряде. На каждом этапе теряется 2-3% энергии. Общая эффективность составляет порядка 90%. Основным недостатком является, высокая стоимость и сложность оборудования.
Если у вас есть вопросы, обращайтесь к нам, наши квалифицированные специалисты помогут вам.
