Достаточно очевидно, что возобновляемая энергетика зависит от погодных условий. Солнце светит — энергия есть. Солнце не светит (ночь или сильная облачность) — энергии нет. То же самое касается ветра. И если в случае систем solar-thermal возможно более равномерное использование нагретого медиума ценой снижения мгновенной мощности, то мы не имеем технологий по регулированию фотовольтаики и ветроэнергетики. И если переходы день/ночь прогнозируемые, то сиюминутные капризы погоды могут происходить в течении нескольких часов, что вынуждает держать в сети резервные мощности для покрытия этих явлений. Или же использовать накопители энергии.
Накопители энергии
Имея непостоянный источник энергии необходимо и думать о том, что будет, если стоит пасмурная и безветренная погода, и энергию взять просто неоткуда. Необходимо искать другой источник электрической энергии, как правило, на помощь приходят электрохимические накопители энергии, которые и будут выдавать электрическую энергию пока основной источник снова не станет генерировать. На всех автономных электрических станциях стоят накопители энергии, но они работают по-разному в зависимости от температуры, глубины разряда, и тока нагрузки. Поскольку аккумуляторы нужны для гарантированного электроснабжения, то и подбираются они по самому плохому сценарию, по самому плохому месяцу в году, и в свою очередь даже свинцовые аккумуляторы не являются дешевыми, поэтому их надо беречь. Один из параметров оптимизации работы аккумуляторов является DOD (Depth of discharge) или по-русски – глубина разряда. Если на аккумуляторе написано что его номинальная емкость составляет 7 А*ч, то в лучшем случае, если мы не хотим его убить, можно получить максимум 5.6 А*ч, то есть DOD составляет 80%.
На рисунке видно, что при разряде на 30% срок службы аккумулятора составляет 1200 циклов (7 – 10 лет), а при разряде на 100% уже всего около 300 циклов (2 – 3 года). Если бы у нас всего один аккумулятор для личного пользования, это бы не играло особой роли для нас. А если у нас электрическая станция где необходимо запасать 100 МВт*ч электрической энергии? Вт*ч электрической энергии от свинцового аккумулятора стоит около 7 копеек с учетом полного разряда, тогда необходимо каждые 3 года тратить 7 миллионов рублей на полную замену аккумуляторов, без учета транспортировки и монтажных работ. Это требует поиска золотой середины между глубиной разряда и количеством аккумуляторов.
После подсчетов, установки оптимальной глубины разряда, доставки необходимого количества аккумуляторов и лета с полностью автономным энергообеспечением, внезапно приходит зима. Стабильное солнце отсутствует как явление, и даже аккумуляторы не в состоянии покрывать нужды. Есть еще одна неприятная особенность у аккумуляторов – зависимость емкости от температуры. При сильно пониженных температурах у электролита падает проводимость, и подвижность электронов значительно снижается. Экспериментальная зависимость для свинцового аккумулятора представлена ниже.
Получается, что свинцовый аккумулятор уже при температуре -20°С может отдать только 1 А*ч из положенных 7.2 А*ч, а при -30 уже только 0.72 А*ч. Конечно никто с этим мириться не станет и как правило сооружают отдельный отапливаемый контейнер где стоят аккумуляторы. Но для отопления нужна как минимум электрическая энергия, приходится ставить больше аккумуляторов, чтобы в случае отсутствия источников извне они были в состоянии отапливать контейнер. Пренебрегать этим нельзя, уже при температурах -40°С идет необратимая деградация электролита и электродов, и есть риск что при потеплении аккумулятор уже не будет работать.
В разделе затрагивались только свинцовые аккумуляторы, как самые дешевые, но, в целом, это характерно и для других химических источников тока. Напишите в комментариях если вам интересен материал по сравнению различных типов "хранилищ" электрической энергии, их достоинства, границы применений, принцип работы и недостатки.