Воздействие, оказываемое ископаемыми видами топлива на климатическую чрезвычайную ситуацию, подталкивает международное сообщество к использованию низкоуглеродных источников энергии. В настоящее время наилучшими вариантами крупномасштабного производства низкоуглеродной энергии являются энергия ветра и солнца. Но, несмотря на улучшения за последние несколько лет как их производительности, так и стоимости, остается существенная проблема: ветер не всегда дует, а солнце не всегда светит. Энергосистема, которая полагается на эти колеблющиеся источники энергии, с трудом справляется со спросом и предложением, поэтому возобновляемые источники энергии иногда уходят впустую, потому что они не производятся, когда это необходимо.
Одним из основных решений этой проблемы являются крупномасштабные технологии хранения электроэнергии. Они работают за счет накопления электроэнергии, когда предложение превышает спрос, а затем ее отпускают, когда происходит обратное. Однако одна из проблем, связанных с этим методом, заключается в том, что он подразумевает огромное количество электроэнергии.
Существующие технологии хранения, такие как аккумуляторы, не подойдут для такого процесса из-за их высокой стоимости за единицу энергии. В настоящее время более 99% крупномасштабных хранилищ электроэнергии обрабатывается перекачиваемыми гидроплотинами, которые перемещают воду между двумя резервуарами с помощью насоса или турбины для хранения или производства электроэнергии. Тем не менее, существуют ограничения на то, насколько больше перекачиваемая гидростанция может быть построена в связи с ее географическими требованиями.
Одним из перспективных вариантов хранения является перекачиваемое тепловое хранилище электроэнергии. Эта относительно новая технология существует уже около десяти лет и в настоящее время проходит испытания на пилотных установках.
Перекачка тепловой энергии осуществляется путем преобразования электроэнергии в тепло с помощью крупногабаритного теплового насоса. Затем это тепло хранится в горячем материале, таком как вода или гравий, в изолированном резервуаре. При необходимости тепло снова превращается в электричество с помощью теплового двигателя. Эти преобразования энергии осуществляются с помощью термодинамических циклов - тех же физических принципов, которые используются для работы холодильников, автомобильных двигателей или тепловых электростанций.
Известная технология
Накопитель тепловой энергии с насосом имеет много преимуществ. Процессы преобразования в основном опираются на традиционные технологии и компоненты (такие как теплообменники, компрессоры, турбины и электрогенераторы), которые уже широко используются в электроэнергетике и перерабатывающей промышленности. Это сокращает время, необходимое для проектирования и строительства накопителей тепловой энергии с накачкой, даже в больших масштабах.
Резервуары для хранения могут быть заполнены материалами как гравий, расплавленные соли или вода. И, в отличие от батарей, эти материалы не представляют никакой угрозы для окружающей среды. Большие резервуары для расплавленных солей на протяжении многих лет успешно используются на концентрированных солнечных электростанциях, которые представляют собой технологию возобновляемых источников энергии, быстро развивающуюся в течение последнего десятилетия. Концентрированная солнечная энергия и перекачиваемая тепловая энергия накопителей имеют много общего, солнечные электростанции вырабатывают энергию, аккумулируя солнечный свет в виде тепла (а затем преобразуя его в электричество), перекачиваемая тепловая энергия накопителей электроэнергии аккумулирует электроэнергию, которая может поступать из любого источника - солнечной, ветровой или даже ядерной энергии, в том числе.
Насосные теплоаккумулирующие установки могут быть установлены в любом месте, независимо от географии. Их также можно легко масштабировать для удовлетворения потребностей сети в хранении. Другие формы хранения сыпучей энергии ограничены тем, где они могут быть установлены. Например, для гидроаккумулирования с насосом требуются горы и долины, где можно построить значительные водохранилища. Хранение энергии сжатого воздуха зависит от больших подземных пещер.
Перекачиваемое теплоаккумулирующее устройство имеет более высокую плотность энергии, чем перекачиваемая гидроплотина (оно может накапливать больше энергии в заданном объеме). Например, из 1 кг воды, хранящейся при температуре 100°C, можно извлечь в десять раз больше электроэнергии по сравнению с 1 кг воды, хранящейся на высоте 500 метров на перекачиваемой гидроэлектростанции. Это означает, что для данного количества накопленной энергии требуется меньше места, поэтому воздействие станции на окружающую среду меньше.
