Проблема сохранения энергии является одной из ключевых для современной энергетики. Благодаря новым технологиям люди научились получать экологически чистую энергию из воды, ветра и солнца. ВИЭ позволяют снизить нагрузку на экологию, но остро ставят вопрос о системах хранения энергии, так как выработка «зелёной» генерации нестабильно и слишком сильно зависит от природных факторов. Эксперты во всём мире изучают различные варианты выхода из «технологического тупика». В США, например, запущен проект по сохранению энергии в соляных выработках.
Пещеры – аккумуляторы
Проблема избытка мощности становится особенно острой по ночам, когда спрос на энергию ниже, а разрыв между необходимым и производимым объёмом электричества больше. Это обстоятельство способно отбить желание использовать некоторые типы ВИЭ, особенно энергию ветра, который, как правило, сильнее всего дует именно по ночам. Получается, что наибольшие объёмы «чистой» энергии производятся в часы, когда эта энергия нужна меньше всего. В таких случаях в дело вступают энергохранилища. Сохранение производимой энергии и её использование по запросу потребителя позволяет поддерживать стабильность сети и внедрять возобновляемые, хоть и не слишком надёжные, источники энергии, такие как ветер и солнце.
Энергетические и технологические компании, годами работающие над решением проблемы разрыва между спросом и предложением электроэнергии, в итоге сделали ставку на литий-ионные батареи. К примеру, Tesla Inc. инвестировала более $600 млн в гигантскую фабрику по производству таких батарей.
Но Энергетическая компания Алабамы (Alabama Power Company) нашла более оригинальное место для хранения большого количества энергии – соляные каверны. Такие полости в подземных соляных пластах образуются в ходе процесса, который называется «добыча растворением». Процесс включает бурение скважины в соляном пласте, затем прокачку значительных объёмов пресной воды, растворяющей соль. При создании каверн растворённая соль удаляется в виде соляного раствора и либо закачивается в поглощающие скважины, либо, если каверны расположены недалеко от океанского берега – сбрасывается в океан. В таких кавернах, уходящих на глубину около километра, можно было бы разместить статую Свободы. Но энергетический кооператив Power South хранит в них более ценный ресурс – воздух.
На протяжении 25 лет кооператив осваивал искусство и науку компрессии воздуха, закачивая его в соляные каверны под землёй и используя для производства электричества. Электростанция «Макинтош» в небольшом одноимённом городке в Алабаме – единственный генерирующий объект в США и один из немногих в мире, работающий по принципу энергетического хранилища на сжатом воздухе (Compressed Air Energy Storage (CAES). Ночью, когда жители Макинтоша спят, а их электроприборы отдыхают, станция использует излишки электричества из сети для сжатия воздуха и закачивания его под землю, в воздухонепроницаемые соляные каверны.
– Соль прекрасно подходит для хранения воздуха, – говорит менеджер станции Ли Дэвис. – Каверны – это большие непроницаемые пространства. Закачанный в них воздух остаётся в сжатом состоянии, а кислород при этом не вступает в реакцию с солью.
Воздух содержится в кавернах под давлением от 44 до 73 атмосфер – одна десятая давления в нефтяной скважине. Днём, когда спрос на электричество высок, воздух выпускается из каверн и поступает в генерирующую установку на базе природного газа, нагревается с помощью этого газа, сгорает и образует ещё более горячий газовый поток, вращающий турбину, которая и производит электроэнергию.
Сжатый воздух – ключевой элемент для производства электричества на всех газовых электростанциях. Именно он заставляет газ воспламеняться, создавая газовый поток, приводящий турбины в движение. На обычной газовой станции именно на процесс сжатия воздуха приходятся самые значительные энергопотери – больше половины от всей энергии, производимой турбиной.
Но станция «Макинтош» способна сжимать воздух независимо от процесса производства энергии – потому что у неё есть пространство для хранения этого воздуха. Объёма воздуха, содержащегося в кавернах единовременно, достаточно, чтобы раскручивать турбину мощностью 110 МВт на протяжении 26 часов, снабжая электричеством 110 тысяч домов.
Загнать ветер по землю
Сжимая воздух по ночам, когда электричество дёшево и доступно в большом количестве, станция использует меньше природного газа для производства того же количества электроэнергии, как на других газовых станциях. Кроме того, для сжатия воздуха можно использовать «чистые» источники энергии.
Пока «Макинтош» не работает в тандеме с каким-либо типом ВИЭ, но потенциально это возможно. К примеру, такая возможность была предусмотрена для строящегося в западном Техасе энергохранилища на основе сжатого воздуха The Bethel Energy Center. Работающей над его созданием компании Apex CAES LLC удалось собрать на свой проект, сочетающий соляные каверны и ветровые турбины, $100 млн. The Bethel будет использовать электричество от расположенной поблизости ВЭС для закачивания воздуха под землю и подавать этот воздух в газовую турбину.
Учитывая, что электростанций на природном газе становится всё больше, энергохранилища на основе сжатого воздуха – отличный способ совместить их с ВИЭ, сжигая при этом в разы меньше газа.
Но сжатый воздух – это не панацея. Пока электростанции на природном газе относительно дёшевы в строительстве и эксплуатации, у инвесторов не так много стимулов для поиска способов экономии этого газа. Учитывая снижение стоимости природного газа и риск, сказанный с внедрением новых технологий, пока количество электростанций на основе технологии CAES можно пересчитать по пальцам одной руки. Тот же проект The Bethel Energy Center строится с 2011 года, и для его завершения инвесторам нужно дополнительно привлечь $400 млн.
– Не так просто запустить и довести до ума что-то совершенно новое, – говорит руководитель Apex CAES Стивен Наев.
Другие подобные проекты потерпели крах из-за высоких капитальных затрат. Слишком много денег уходит на изучение потенциально пригодных соляных каверн, на утилизацию солёного раствора, а в итоге место может оказаться непригодным для строительства станции по геологическим причинам. Так что пока в соревновании разных типов энергохранилищ лидируют литий-ионные батареи. Их можно разместить намного ближе к потребителям энергии, хотя, по данным Apex, в долгосрочной перспективе они намного дороже (по крайней мере сейчас).
Но пока энергетический кооператив Power South с радостью делится опытом со всеми, кого интересует технология CAES. На станцию «Макинтош» приезжают специалисты из Калифорнии, Юты, Нью-Йорка, Айдахо. И, как говорят местные энергетики, если соль – это способ сделать газовые станции более эффективными и совместить их с ВИЭ, тогда передайте соль, пожалуйста.
