Введение: История моего проекта
Часть 1. Начало реализации моей работы.
Часть 2:
Ещё в 2015 году, работая над технологией и концепцией персональных ВЭУ (ветроэлектрическая установка), я начал «осознавать», в каком кризисе находится проблема хранения электрической энергии.
Произвести электроэнергию легко, а вот хранить - очень трудно. С маломощными устройствами хорошо справляются электрохимические аккумуляторы, но с необходимостью накапливать большие мощности традиционные аккумуляторы уже не справляются. К тому же, они дороги и недолговечны.
Например, запасти энергию для обеспечения целого дома с помощью современных технологий – невыгодное в финансовом плане дело, и эксплуатация оборудования ограничена по времени.
Возьмём для примера самые современные решения этой проблемы от компании «ТЕСЛА»:
«Powerwall 2» – литий-ионная батарея (аккумулятор + инвертор + контроллер + система поддержания рабочих температур) второго поколения, предназначенная для бытового использования.
Как видно из характеристик аккумулятора, полезная ёмкость составляет 13,5 кВт•ч, значение КПД доходит до 90%, непрерывная мощность - 5 кВт, пиковая мощность - 7 кВт, работает при температурах от -20 до +50°С, но главное - есть гарантия на 10 лет (фактически, на весь срок службы аккумулятора). Стоимость такого аккумулятора в США – 6500 $.
Несмотря на то, что на протяжении уже 10 лет то тут, то там слышатся постоянные заявления о разработке новых аккумуляторов, которые эффективнее литий-ионных и альтернативной технологии - нет никаких реальных доказательств их создания. Да, есть аккумуляторы, обладающие большей ёмкостью, есть аккумуляторы обладающие большим сроком службы.
Однако, если условно выразить их характеристики в энергоэкономическом обосновании, то именно современные литий-ионные аккумуляторы являются самыми дешёвыми и эффективными по сей день.
В 2019 году создателям технологии литий-ионных батарей присуждена нобелевская премия.
Есть промышленные аккумуляторы «Powerpack» второго поколения, ёмкостью в 200 кВт•ч и стоимостью около 80 000 $. По поводу гарантии - обсуждается индивидуально. Но, по всей видимости, она будет сильно меньше 10 лет.
- О применении Powerpack, я писал тут.
Однако, это даже не столь важно. А важно то, что выход на рынок подобных решений показывает, насколько остро стоит проблема хранения электрической энергии. Весь мир уже готов использовать недолговечные и дорогие электрохимические аккумуляторы в решении этой проблемы. Но существующие решения даже промышленных аккумуляторов экономически целесообразны лишь там, где электричество по определению сверхдорогое. Например,в Австралии, где постоянное сезонное повышение оптовых цен может доходить до 170$ за МВт•ч!
А в периоды дефицита энергии, цены поднимаются до 10000$ за 1 МВт•ч!
Однако, никакие электрохимические аккумуляторы не способны сбалансировать нагрузки электростанций. Тут только одно решение – строительство гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС). Дорогое и гигантское сооружение, обладающее очень маленькой ёмкостью, но с неограниченнымими эксплуатационными характеристиками и вековым сроком службы. Альтернатив подобным сооружением фактически нет.
Разрабатываются так называемые твердотельные аккумулирующие электростанции (ТАЭС), предстающие из себя комплекс лифтов, или блоков, поднимаемых на высоту для запасания электроэнергии, и опускаемых под действием силы тяжести для преобразования запасённой ранее потенциальной энергии в кинетическую, с последующей трансформацией её в электрическую.
ТАЭС принципиально ничем не отличаются по принципу действия от той же ГАЭС, однако могут быть размещены в любой местности и на любой высоте, тем самым увеличивая энергетическую эффективность на единицу площади размещения до 5 раз по сравнению с ГАЭС.
- Подробнее о этой технологии я писал тут.
Фактически, это всё. Более дешёвых и эффективных альтернатив ГАЭС не существует.
По данным Energy Storage Database более 98% установленной мощности промышленных накопителей приходится на ГАЭС.
Всё перечисленное, уже ставшее фактом, означает лишь одно – мир начинает нуждаться в дешёвой, но эффективной технологии хранения энергии. Это решит не только проблему глобальной энергетики, но и позволит более рационально использовать энергетические ресурсы; существенно снизить, а возможно и вообще нивелировать урон окружающий среде, а также сделать электроэнергию более качественной и доступной для конечного потребителя.
Так вот, я тоже об этом думал. Рассмотрев, наверное, сотню способов хранения энергии, могу сказать, что самым перспективным мне видится маховичный накопитель.
Однако, нынешние представления о маховике, как об аккумуляторе электроэнергии, навеянные различными популистскими представлениями, кажутся мне в корне ошибочными. А сама концепция их применения, по моему мнению, вообще неверна.
Более того, сегодняшние технологии маховичного накопителя ну от слова «вообще» не подходят на роль аккумулятора.
Историю разработки и актуальные результаты по маховикам я описывал в 1-й и 2-й частях.
Я начал рассматривать маховичный накопитель энергии в совершенно другой плоскости, с совершенно иными задачами, с применением совершенно других конструкторских идей и технологий, нежели принято считать сейчас.
Подробнее об этом - в следующей статье.
Часть 3. Глобальная проблема мировой энергетики: "устройство"
Ссылки на источники теперь находятся в группе Вконтакте!
