Истории

Песок, вода, проточные батареи: 3 альтернативных способа хранения возобновляемой энергии

Истории
Дарья Сидорова
Дарья Сидорова

Редактор отдела «Истории».

Дарья Сидорова

Многие из самых дешевых и чистых источников энергии зависят от природных условий. Турбины не могут вращаться, если ветер не дует, а солнечные панели — собирать энергию, если солнце не светит.

Хранение возобновляемой энергии поможет ускорить переход к экологичным источникам. Однако традиционные литий-ионные батареи, такие как, например, в смартфонах, не совсем подходят для этих целей. К счастью, есть альтернативные варианты.

Песок, вода, проточные батареи: 3 альтернативных способа хранения возобновляемой энергии

В отличие от экологически чистых источников энергии, производить электричество из ископаемых видов топлива можно в любое время. По этой причине они используются, когда возобновляемая энергия недоступна.

Хранение возобновляемой энергии поможет ускорить переход к экологичным источникам. Однако традиционные литий-ионные батареи не подойдут: они саморазряжаются, то есть постоянно теряют небольшой процент накопленной энергии. Поэтому ее запасы могут храниться в них лишь несколько дней или недель — невозможно держать в них энергию, собранную ветренной весной, и воспользоваться ею относительно спокойной осенью.

Однако существуют и другие виды батарей. Вот несколько альтернативных вариантов, которые помогают миру создать более устойчивое будущее.

Водяные батареи

Более 100 лет люди используют гравитацию, чтобы хранить энергию с помощью насосных гидроаккумулирующих станций или просто «водяных батарей». Для работы этих систем требуется два озера или водохранилища, одно из которых расположено выше, чем другое.

Водяная батарея

Процесс накопления избыточной энергии в «водяной батарее» Nant de Drance. Инфографика: Nant de Drance

Если в сети есть избыточная энергия, она используется для перекачки воды из нижнего резервуара в верхний. Когда требуется больше энергии, вода из верхнего резервуара вновь стекает вниз, запуская гидроэлектрические турбины.

Преимущества

Водяные батареи — один из самых дешевых способов хранения энергии с точки зрения кВт/ч. В 2020 году на них приходилось около 95% мировых мощностей по хранению энергии.

Недостатки

Строительство водяных батарей требует много времени и стоит дорого, особенно при необходимости изменять высоту и создавать искусственные резервуары.

Водяные батареи больших размеров также сталкиваются с проблемами, которые свойственны многим мегапроектам: задержки и перерасход средств. К примеру, строительство крупнейшего в мире гидравлического насоса Snowy 2.0 в Австралии отстает от графика на шесть лет и обойдется в три раза дороже, чем планировалось изначально (без учета модернизаций электросети).

Эффективность также вызывает опасения: 15-30% энергии теряется при перемещении воды вверх и вниз. А некоторые виды водохранилищ, например созданные путем перегораживания рек, могут навредить природным экосистемам.

Последние инновации

В июле 2022 года в швейцарских Альпах была запущена гидроаккумулирующая электростанция Nant de Drance. Ее емкость составляет 20 млн кВт/ч — это эквивалентно мощности 400 тысяч аккумуляторов для электромобилей. Это одна из самых мощных водяных батарей в Европе, но при этом она в несколько раз меньше Snowy 2.0.

Застройщики выкопали туннель длиной более 16 км, чтобы соединить водохранилища Emosson и Vieux Emosson для работы батареи. Строительство продлилось 14 лет и обошлось в $2,1 млрд.

Песочные батареи

Еще один способ хранить избытки возобновляемой энергии — удерживать ее виде тепла в таких материалах, как вода, вулканические породы или песок, который представляет собой хорошо изолированный контейнер.

Когда требуется электричество, с помощью тепла из песочной батареи можно кипятить воду, производя пар, вращающий турбины. Тепло также можно распространять непосредственно в виде тепла, чтобы отапливать помещения в холодные месяцы и снабжать их горячей водой круглый год.

Песочная батарея

Песочная батарея Polar Night Energy. Фото в тексте: Polar Night Energy

Для некоторых видов чистой энергии, таких как ветряная, в песочных батареях требуется сначала преобразовать электричество в тепло. В то же время солнечную и геотермальную энергию можно собирать сразу в виде тепла.

Преимущества

Песок — это дешевый и широко доступный материал, который легко хранить. Кроме того, его можно нагревать до более высоких температур по сравнению с другими видами батарей, например водяными. При правильной теплоизоляции они могут нагреваться выше 980 °C.

Песочные батареи также можно строить практически где угодно, даже под землей.

Недостатки

Энергия теряется, когда преобразуется из одной среды в другую. Поэтому тепловая батарея не так эффективна для выработки электроэнергии по сравнению с прямым нагревом.

Однако новая технология может это исправить: недавно исследователи из Массачусетского технологического института придумали тепловой двигатель, который преобразует тепло в электричество эффективнее, чем традиционная турбина.

Последние инновации

Первая в мире песчаная батарея промышленного масштаба уже функционирует в Финляндии. Она похожа на силос, но вместо пшеницы наполнена 100 т песка, который может нагреваться до 500 °C с помощью избытка солнечной и ветряной энергии.

Емкость песочной батареи составляет 8 МВт/ч, что примерно равно мощности 160 батарей для электромобилей. При этом, в отличие от литий-ионных батарей в электрокарах, она может хранить тепло в течение нескольких месяцев практически без потерь.

По словам компании-производителя Polar Night Energy, когда хранящееся в ней тепло используется напрямую в виде тепла (сейчас так и происходит), ее энергоэффективность составляет 99%.

Проточные батареи

По сравнению с водяными и песочными, проточные батареи — более технически сложное решение для хранения возобновляемой энергии. Они состоят из двух резервуаров с положительно и отрицательно заряженными растворами жидкого электролита. Эти растворы закачиваются в камеру, где они разделены мембраной.

Проточная батарея

Проточная батарея. Схема: VRB Energy

В этой камере химическую энергию растворов можно преобразовывать в электроэнергию и разряжать (и наоборот) через процесс, в котором задействованы электроды и движение электронов и ионов.

Преимущества

В отличие от литий-ионных, проточные батареи менее подвержены возгоранию и практически не теряют емкость, даже после тысяч циклов. Они обладают низким саморазрядом, а в состоянии простоя совсем не теряют энергию.

Проточные батареи масштабируются проще, чем литий-ионные. Вместо того чтобы создавать больше батарей, достаточно просто увеличить размер резервуаров. Кроме того, они не зависят от местоположения и могут быть установлены в любом месте в отличие от водяных батарей.

Недостатки

Это относительно новая технология для хранения возобновляемой энергии. По данным на сентябрь 2021 года, ее установленная мощность по всему миру составила лишь 1,1 млн кВт/ч (примерно как 22 тысячи батарей для электрокаров).

Проточные батареи также обладают меньшей плотностью энергии по сравнению с литий-ионными — для хранения больших запасов требуются огромные резервуары. Помимо этого, для создания таких батарей нужен ванадий — металл, спрос на который, как ожидается, вырастет вместе с его стоимостью.

Последние инновации

В ноябре 2021 года исследователи из Массачусетского технологического института опубликовали статью с описанием своего нового изобретения — проточной батареи, в которой жидкий электролит заменяется более плотным угольно-черным веществом, напоминающим патоку.

В эту электропроводную смесь не входит ванадий, а на стадии тестирования она превзошла традиционные ванадиевые проточные батареи с точки зрения производительности и стоимости.

Источник.

Фото на обложке: lovelyday12 / Shutterstock

Подписывайтесь на наш Telegram-канал, чтобы быть в курсе последних новостей и событий!

Нашли опечатку? Выделите текст и нажмите Ctrl + Enter

Материалы по теме

  1. 1 Альтернативное топливо: на чем будут ездить автомобили будущего
  2. 2 10 перспективных AltEnergy-стартапов с российскими корнями
  3. 3 Курс на экологичность: тенденции рынка альтернативной энергетики
  4. 4 На зарядку становись: как заработать на станциях для электромобилей
  5. 5 Что делать в EnergyTech: перспективные отрасли на российском рынке
FutureFood
Кто производит «альтернативную» еду
Карта

ВОЗМОЖНОСТИ

20 августа 2022

22 августа 2022