Як зберігати енергію: найпопулярніші технології (частина 2)

Сонячні електростанції генерують електроенергію тільки вдень, вітрові енергогенератори тільки коли є вітер, атомні електростанції цілодобово працюють в одному режимі, хоча вночі споживання електрики знижується в кілька разів.
Для людства все більш актуальними стають питання накопичення енергії і використання її саме тоді, коли вона найбільше потрібна. У даному матеріалі ми продовжуємо огляд сучасних технологій для акумуляції електроенергії. Читайте попередню частину, про місця зберігання енергії.
Проточні батареї з окислювально-відновлювальним циклом
Батарея з окислювально-відновлювальним циклом є проточним акумулятором, де хімічна реакція проходить у двох сполучених резервуарах з рідкими електролітами. В одному резервуарі зміст циркулює навколо анода, в іншому навколо катода. При цьому катод, анод і електроліти розділені напівпроникною мембраною, у результаті іони з одного відділення поступово перетікають в інший. Ємність такого акумулятора обмежена тільки розмірами самих резервуарів, а вихідна потужність залежить від площі мембрани. Таким чином, проточні батареї можна масштабувати для зберігання великого обсягу енергії.
На сьогоднішній день найбільш прогресивними акумуляторами проточного типу вважаються ванадієві окислювально-відновні батареї, які зберігають заряд» в іонах ванадію, що містяться в розчині на водній основі. Хоча електроліт на базі ванадію використовується найчастіше, рішення на базі цинку, хлору і солоної води також застосовуються.
Незважаючи на те, що такі акумуляторні батареї мають значно нижчу ефективність, ніж літій-іонні батареї, з якими знайомі більшість споживачів, їх недоліки не є критичними для електромереж. Великий розмір і вага цих батарей не мають особливого значення, оскільки їх не потрібно переміщати з місця на місце. Крім того, як повідомляє японська технологічна компанія Sumitomo Electric, такі акумулятори мають тривалий термін служби, і завжди можна підвищити потужність за рахунок збільшення ємності.
В даний час в електромережах подібні батареї не використовуються, але є проекти на стадії будівництва. Найбільше акумуляторне сховище, яке відоме на сьогоднішній день, будується китайською корпорацією Rongkeon на півострові Ляодун. Це батарея потужністю 200 МВт/800 МВт-г, завершення будівництва очікується до кінця 2018 року.
Звичайні літій-іонні акумулятори
Напевно, найпопулярніший серед сучасних варіантів зберігання енергії це звичний для всіх літій-іонний акумулятор, що використовується в смартфонах, планшетах і ноутбуках. Літій-іонні батареї довгий час вважалися занадто дорогими, щоб бути корисними для масштабних завдань, однак такі компанії як Tesla і AES Energy Storage змінили це судження, завдяки відносно масштабною спорудою в Каліфорнії та Австралії.
Літій-іонні акумулятори, але меншої потужності, також використовуються виробниками вітрових турбін. Як повідомляється, Vestas Wind Systems досліджує підключення своїх турбін до літій-іонних батарей, крім того, компанія Deepwater Wind планує придбати систему 40-МВт-г виробництва Tesla для приєднання до берегової вітроелектростанції біля узбережжя штату Массачусетс, яка буде завершена у 2022 році.
Автомобільні компанії також пропонують дешеві рішення на базі іоно-літієвих акумуляторів. Вони використовують сотні акумуляторних батарей зі старих електрокарів, які вже частково вичерпали свій ресурс, для створення великих энергохранилищ.
Нелитиевые батареї
Перед тим, як Tesla зробила велетенські энергохранилища на базі іонно-літієвих батарей надзвичайно популярної технології, і перш ніж використання літій-іонних батарей стало вважатися економічно доцільним, комунальні та інші компанії застосовували хімічні батареї на базі інших матеріалів. Багато з цих акумуляторних систем все ще працюють сьогодні (вони ще не дуже старі, але більшість з них спочатку працювали як тестові системи, а не як комерційні).
Термальні энергохранилища
Як і багато інших систем зберігання енергії, термальні энергохранилища дуже відрізняються від того, що звичайна людина називає «акумулятором». Подібно энергохранилищам на базі стисненого повітря і гидроаккумуляции, термальні системи використовують дешеву електроенергію (як правило, вночі), щоб заморожувати воду. Протягом дня цей лід плавиться, а отриманий холод через спеціальну циркуляційну систему дозволяє охолоджувати сусідні споруди без запуску енергоємного кондиціонування повітря в жаркий день (коли потреба в електроенергії вже висока).
Термальні технології оптимальні в регіонах з жарким кліматом, але прохолодними вечорами, особливо у Каліфорнії і на південно-заході США. Наприклад, у травні цього року компанія Ice Energy поставила 1800 «льодових батарей» для комерційних і промислових споживачів південної Каліфорнії.
Інерційні механізми
Асоціація зберігання енергії (ESA) дає наступне визначення інерційним механізмів (flywheels): це системи, які зберігають електричну енергію у вигляді кінетичної. Для розкручування ротора до величезній швидкості використовується дешева електроенергія (наприклад, вночі). Коли потрібно перетворювати кінетичну енергію в електричну, ротор сповільнює обертання. Але в період низького попиту на електроенергію його знову розкручують до номінальної швидкості. Інерційні механізми, як правило, експлуатуються в герметичних модулях з відкачаним повітрям, адже вакуум дозволяє знизити опір майже до нуля.
На сьогодні існує всього кілька «ферм» інерційних механізмів, але це досить цікавий, хоча і мало відомий спосіб зберігання енергії. Мережі з комплексів інерційних механізмів, як правило, використовуються для компенсації частоти електроструму в період пікового споживання електроенергії, а не для її зберігання. Тобто інерційний механізм не застосовують в якості резервного джерела живлення. Тим не менш, це дуже корисна технологія, яка дозволяє на деякий час «законсервувати» електроенергію після її виробництва.
Цікаво, що інерційні механізми використовувалися в свій час для створення так званого гиробуса. Цей транспортний засіб було обладнаний інерційним механізмом, який розкручувався до частоти 3 тис. обертів на хвилину. Повністю заряджений гиробус міг проїхати до 6 км по рівній горизонтальній дорозі зі швидкістю від 50 до 60 км/год. Зарядка гиробуса, тобто розкручування ротора інерційного механізму, займало від 30 секунд до 3 хвилин; щоб зменшити час зарядки, напругу живлення було збільшено з 380 до 500 Ст.