Электрическая энергия - товар повседневного спроса. Но накапливать его в промышленных масштабах с приемлемой стоимостью хранения пока не научились. Однако человечество не оставляет попыток найти способ запастись киловатт-часами впрок.
Повседневный спрос-то не утихает, несмотря на кризисы и программы энергоэффективности.
Способы запасания электроэнергии можно условно разделить на две большие группы: накопители электроэнергии и "упаковка" её в химические соединения.
К первой группе относятся технические устройства, которые отдают электроэнергию в готовом или почти готовом виде.
Ко второй группе относят вещества, синтезируемые из излишков электроэнергии. Дальнейшее использование этих веществ позволяет трансформировать энергию химических реакций в нужную нам форму энергии.
Теперь пройдёмся по ним подробнее
1. Химические аккумуляторы
Всем нам знакомые и привычные. Никелевые, литиевые, гелевые, свинцово-кислотные - великое множество разных типов аккумуляторов.
Хороши тем, что выдают сразу электричество в нужных нам параметрах. Вот только аккумуляторы сильно ограничены по сроку "жизни", которая измеряется в циклах заряда-разряда. Они капризны в использовании: боятся сильных холодов, высоких температур, глубокого разряда, неполного заряда и ещё кучи нюансов. Некоторые умеют взрываться.
Для изготовления химических аккумуляторов нужны редкие либо токсичные металлы и электролиты. Это приводит к тому, что сами они стоят недёшево и требуют затрат на утилизацию.
Поэтому для промышленного применения такие накопители не годятся. Разве что точечно, например, в системах управления электростанциями в качестве сильно запасного источника.
2. Механические накопители
Сюда относятся маховики и гири. Вспомните школьную физику: кинетическая энергия движения тела переходит в потенциальную и обратно. Здесь принцип тот же, только масса тел существенно больше - мы ведь хотим запастись энергией в промышленном масштабе.
Самая простая схема - это колодец. В достаточно глубокую шахту помещается массивный груз. В моменты, когда мы располагаем дешёвой или избыточной мощностью, включается двигатель, поднимающий груз вверх шахты.
Таким образом электрическая энергия запасается в виде потенциальной энергии груза.
В моменты, когда спрос на электроэнергию высокий, груз отпускается вниз, раскручивая генератор и вырабатывая необходимую нам мощность.
Если шахту копать некому или лень, то можно "посадить" груз на ось и начать его раскручивать. Набрав определённую скорость, такого рода маховик запасёт в себе энергию, которую будет отдавать обратно, если переключить раскрутивший его электродвигатель в генераторный режим.
Схемы не лишены недостатков, например, потери энергии на трение в маховике или необходимость в очень прочных подшипниках. Для схемы колодца нужна очень глубокая шахта. И в обоих случаях нужна большая мощность для того, чтобы сдвинуть груз с места и начать движение.
3. Гидроаккумулирующие электростанции
Пожалуй, самый реалистичный пока вариант накопителя, к тому уже широко используемый.
Смысл такой ГЭС в двух бассейнах: верхнем и нижнем. Когда энергии много, закачиваем воду в верхний бассейн, запасая её в виде потенциальной энергии воды. Когда энергии не хватает, сливаем воду обратно, вращая генератор.
Схема отличная, легко реализуемая с ограничением лишь по географии размещения.
Тем не менее, ГАЭС не совсем предназначены для непосредственного накопления электроэнергии. Их основной функционал - поддержание тепловой генерации.
Выравнивая график нагрузки в энергосистеме, мы сохраняем в работе неповоротливые тепловые энергоблоки на АЭС и ГРЭС. При этом существенно экономим топливо и время на остановы и пуски турбин.
4. Водород
Один из перспективных вариантов "упаковки" электроэнергии. Его можно использовать для топливных элементов (считай, готовые батарейки) или в качестве топлива для автомобилей.
Экологичнее всего получать водород путём электролиза воды. Эта реакция не требует катализаторов, легко запускается и останавливается, а в качестве побочного продукта даёт чистый кислород. Энергия, расходуемая на электролиз, запасается в химических связях молекулы Н2.
Получая электроэнергию способом, не дающем выбросы оксидов углерода, азота и серы (например, с малой или микроГЭС), можно на 100% быть уверенным в экологичности такого источника энергии.
Недостатки у водорода всем известны: легко взрывается и трудно хранится.
5. Синтетический метан
Ещё один вариант запасания свободной энергии в химических связях.
Синтезирование метана - широко известная реакция метанации двуокиси углерода СО2. Применяется она в хроматографах для того, чтобы определить содержание СО2 в газах и жидкостях.
Оксид углерода при высокой температуре и в присутствии катализатора пропускается вместе с водородом. На выходе получается чистый метан СН4 без побочных продуктов реакции.
Данный вариант еще более энергоёмкий, чем простой электролиз воды. Зато получаемый метан гораздо проще использовать в промышленности.
Широкого применения данный способ пока не получил, хотя некоторые промышленные гиганты вроде концерна VAG, пытаются его внедрять.
................................................
Если вам было интересно, жмите палец вверх!
Подпишитесь на канал и инстаграм автора
...............................................
Больше информации о рынках электроэнергии