Раньше генерируемая электростанциями энергия непосредственно приходила к потребителям. Но в настоящее время, когда потенциал выработки электричества значительно вырос, возникла проблема эффективного хранения электроэнергии, в том числе получаемой возобновляемыми источниками.
В дневное время электрическая энергия тратится сильнее, чем в ночное. Пиковые нагрузки отмечаются на отдельные часы утром и вечером. При этом электростанции генерируют определённую усреднённую мощность, необходимость в которой в различное время сильно различается.
В соответствии с этим различными университетами и компаниями по всему миру предпринимаются усилия, которые направлены на интеграцию крупномасштабных ESS в энергосистемы для обеспечения надежного и бесперебойного энергоснабжения в любое время суток вне зависимости от погоды. В этом случае желательно обладать резервными объёмами электроэнергии, которые бы в случае необходимости могли бы предоставить её запас тогда, когда требуется.
Интенсификация выработки электроэнергии из возобновляемых источников не только приводит к уменьшению выбросов токсичных веществ, но и требует разработки новых способов её накопления и хранения. При этом потенциал подобных систем значительно выше существующего уровня. Он опирается на развитие возобновляемых источников и соответствующих сетей в инфраструктуре энергетических систем.
Научные исследования осуществляются различными институтами и компаниями во многих странах для включения крупномасштабных ESS (систем хранения электроэнергии) в единый блок. Для этого проводятся масштабные исследования и разработки. Рассмотрим самые перспективные варианты.
Гидроаккумуляторный способ
Это наиболее старый способ, который актуален до сих пор. Две больших ёмкости для воды находятся как один над другим. Вода в верхней ёмкости обладает большей кинетической энергией, чем в нижней. Если потребление энергии от электростанции незначительно, насосы качают воду в верхнюю ёмкость. При максимальных нагрузках вода из неё направляется через турбину гидравлического генератора, генерируя большую мощность.
В Германии подобные проекты используются для дальнейшей установки таких систем на местах старых шахт, на океаническом дне в специальных хранилищах, выполненных в форме сферы.
Хранилища в виде сжатого воздуха
В ёмкость нагнетается сжатый воздух, запасающий потенциальную энергию. Этот метод опробован давно, но реализации мешала большая стоимость. Однако уже сейчас энергию можно концентрировать при помощи специальных компрессоров. В штатном режиме насос подаёт воздух в ёмкость, а когда возникает максимальная нагрузка, воздух под напором выходит из ёмкости и вращает турбину генератора. Такая идея реализована, в частности, в Канаде.
Расплавленная соль в качестве терморегулятора
Получать солнечную энергию можно не только при помощи панелей. Инфракрасное излучение при нужной концентрации может даже расплавлять соль, металлы. На этом принципе действуют башенные станции, в которых несколько отражателей посылают энергию Солнца на ёмкость с солью. Она установлена на самом верху башни, смонтированной посередине станции. Когда соль плавится, она отдаёт тепло воде. Вода превращается в пар, который вращает турбину. Это реализовано, в частности, в ОАЭ.
Химические терморегуляторы
АКБ на основе лития для ветряных станций по технологии использования аналогичны батарейкам для смартфонов и планшетов, только в намного большем масштабе. Так работают многие ветряные электростанции в США. Практика использования электрохимических хранителей электроэнергии доказала их эффективность в системах до десятков МВт. В частности, недавно корпорация Tesla в Австралии соорудила электростанцию ёмкостью на 4 МВт*час. При максимальной нагрузке она может выдавать мощность, равную 100 МВт.
Проточные химические АКБ
В стандартных аккумуляторных батареях электроды неподвижны, однако в проточных батареях электродами являются жидкости с определённым зарядом. Два жидких вещества перемещаются сквозь топливную ячейку с мембраной. В ней взаимодействуют эти жидкие электроды и генерируются противоположные электрические заряды без смешивания жидкостей. В ячейке установлены стационарные электроды для подачи избытков накопленной таким образом электроэнергии.
В частности, в Германии цистерны с электролитами предполагают смонтировать под землёй и установить проточную АКБ ёмкостью 700 МВт*час в окрестных пещерах.
Динамическое хранение на основе большого маховика
Принцип действия базируется на трансформировании электрической энергии в кинетическую при вращении маховика, а в случае необходимости – обратно в электроэнергию за счёт вращения генератора.
Вначале происходит разгон маховика двигателем небольшой мощности, пока потребление энергии не достигнет максимума. Когда это произойдёт, накопленная электроэнергия передаётся с многократно увеличенной мощностью. Данная технология может быть применима в ИБП повышенной мощности.
