ДЕШЕВОЕ ХРАНЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

В подмосковном доме у Сергея Комарова часто отключают свет. И он захотел подстраховки. Поставил солнечные панели. А чтобы накапливать энергию и пользоваться ей не только в светлое время, приобрел гелевые аккумуляторы. Это разновидность свинцово-кислотных батареек, где электролит находится в гелеобразном состоянии. Но за два с половиной года свой ресурс они выработали. То есть когда солнышко есть, свет есть. Солнышко зашло, света нету, если нет наружного электропитания. Поэтому в 24-м году я поменял эти аккумуляторы уже на литиевые современные. Новые накопители выдерживают перебои уже 4 месяца. И Сергей надеется, что прослужат они дольше, хотя бы лет 5. Но и их потом придется выкинуть и покупать новые. Да и дорого это! А как хранить энергию в масштабах городов и целых стран? В Подмосковье под Сергеевым фасадом уже почти 40 лет работает гидроаккумулирующая станция. Ее задача не выработка, а запасание энергии. Ведь ночью, например, электростанции производят больше, чем потребителям нужно. Воду из речки в такие моменты закачивают с помощью насосов в огромный бассейн на холме. А затем, когда нужно, заряд из этой огромной батареи извлекают, спускают жидкость по 6-ти гигантским трубам, каждая диаметром с трехэтажный дом. Внизу, в машинном зале, вода раскручивает турбины-генераторы, которые и вырабатывают обратно электричество до 1200 мегаватт. Этого хватит, чтобы запитать 12 миллионов холодильников одновременно. Это на сегодняшний момент одно из самых дешевых способов аккумулирования электроэнергии. То есть не требуются большие реки, не требуются больших водных ресурсов. Коэффициент полезного действия у гидроаккумулирующей станции почти 90%. То есть при всех переходах теряется лишь десятая часть энергии. Но инженеры и экономисты все равно считают, надо работать эффективнее. И, например, британская компания недавно предложила заменить воду на особую жидкость, которая плотнее, то есть тяжелее в 2,5 раза. Это позволит строить более компактные станции при той же мощности. Состав не раскрывают, но говорят, что ингредиенты доступны любой стране в большом количестве, в отличие от того же лития для аккумуляторов. ГОВОРИТ НА АНГЛИЙСКОМ ЯЗЫКЕ Состав не опасный, ингредиенты можно найти в медицинской промышленности. Их использует и дает людям. Я не буду говорить больше, но это совершенно безвредно. Мы проверили эту жидкость в лаборатории, чтобы убедиться, что она не токсична и не навредит окружающей среде, если прольется. Вообще, конечно, сам принцип хранить энергию в виде, поднятой на высоту тяжести, знаком нам и в быту. Также работают часы с маятником и кирками, которые поднимают, чтобы, условно говоря, зарядить механизм, и потом они сами медленно опускаются вниз, раскручивая стрелки. Но теперь масштабы становятся больше. В Новосибирске уже есть батарейка, размером с ангар, где вместо кирек поднимают мешки с песком. КПД оценивают в 83%. В Китае с той же целью используют огромные бетонные блоки, связанные с мощными моторами. Они помогают энергию накопить, а когда нужно вернуть ее в сеть, груз медленно опускается и приводит в действие генератор. Проект только готовится к запуску, но по планам емкость бетонного аккумулятора будет 100 мегаватт-часов, а КПД обещают до 80%. Почему не больше? Всегда есть какие-то потери, есть какие-то вибрации. Механизм, который поднимает ваш груз, он обязательно немножко трется, веревка изнашивается, механизм нагревается, поэтому все 100% использовать, конечно, не получается, скорее, по техническим причинам. А вот другие идеи. Изобретатели из провинции Хэбэй в Китае предлагают запасать энергию при помощи воздуха. Их супербатарейка уже хранит электричество для десятков тысяч домов. Компрессоры нагнетают давление в больших резервуарах, а потом, когда в электросети образуется дефицит, сжатый воздух выпускают, и он раскручивает турбину генератора. КПД здесь оценивают в 70 с небольшим процентом. Не всегда с новациями все идет гладко. В Марокко несколько лет назад торжественно запустили систему, где 7500 зеркал концентрируют солнечное излучение, направляя его на башню с солью. Достигая температуры 560 градусов, она плавится, и после заката в течение 7 часов эта огненная масса нагревает воду, та испаряется и раскручивает парогенератор. Звучит и выглядит красиво, но недавно на станции случилась авария. Расплавленная соль вытекла из резервуара. Судя по всему, она его просто проела, вызвав сильную коррозию. В результате вместо обещанного КПД в 42 процента и довольных потребителей из 120 тысяч домов компания получила убытки в 47 миллионов долларов. Но ее, эту капризную соль, решили разработчики из Массачусетса и создали батарейку, в которой, почти как в лампочке, накаливаются графитовые трубки. Новацию назвали солнцем в коробке. У графита есть очень важное для нас свойство. Он остается твердым и прочным при очень высоких температурах, выше 3000 градусов по Цельсию. И он не так опасен, как расплавленная соль. Когда энергию нужно получить обратно, в дело вступают термофотовольтаические элементы, которые переводят тепло и свет в электричество. Создатели уверены, что такая система хранения выгоднее литиевых аккумуляторов и позволит серьезно снизить тарифы на электричество. Про КПД, правда, умалчивают. А в Финляндии сделали ставку на песок. Им наполнили металлический резервуар, внутри которого система труб и нагревательный элемент. Неиспользуемые остатки энергии от солнечных панелей и ветряков нагревают песок до 600 градусов. А когда нужно, он отдает тепло воде, и она поступает в местную систему отопления. КПД оценивают в 90%. Пока песчаная батарейка работает только для обогрева домов, но в 2026-м планируют модернизировать систему, чтобы часть сохраненного тепла превращать и в электричество. Все, кто лежали на пляже, знают, что тепло песка еще сохраняется некоторое время, даже после того, как солнце заходит за тучу. Кроме того, песок такой материал, с которым просто очень приятно работать, который экологически безопасен. И похожие проекты позволяют добиваться большой эффективности. Так, компания из Калифорнии уверяет, что у нее уже есть КПД в 98%. Дают его, как шутят сами разработчики, жареные кирпичи. Их помещают между нагревательными элементами, как хлеб в тостере. Только разогреваться глиняные кубики могут до 1500 градусов. Потом, когда требуется разрядить аккумулятор, через печку пропускают воздух. Он нагревается, передает тепло трубе с водой, там образуется пар, а он крутит генератор. Мы достигли производственной мощности до 2,4 гигаватт-часов в год. А в ближайшие несколько лет доведем ее до 90 гигаватт-часов. Это сопоставимо с емкостью аккумуляторов двух миллионов электромобилей. Правда ли система может быть так хороша? Наш эксперт, физик Константин Катин, демонстрирует теплоемкость разных материалов. Песка, металлической пластины, кирпича и воды. Посмотрим, что медленнее остынет. Все нагреваем примерно до 80 градусов, оставляем на полчаса и смотрим результат. Железо накопило очень мало тепла и успело охладиться до 32 градусов. Гораздо лучше песок, 40, и вода, 44 градуса. Но кирпич просто чемпион. Кирпич является традиционным материалом для сохранения тепла. Кирпичные печки и кирпичные дома используются довольно давно. Неудивительно, что и современные компании, занимающиеся хранением энергии, тоже используют кирпич в качестве материала, который способен хранить энергию в виде тепла. Разнообразие новых способов хранения энергии впечатляет. Да, хорошо работают пока не все, но ученые в очередной раз доказывают, что знание физики может приносить практическую пользу, делая чище природу, давая свет с теплом, когда они нужны, и позволяя не зависеть от капризов ветра и солнца, которые как источники энергии, конечно, чисты, но уж больно непостоянны.