До недавнего времени единственным видом промышленных систем накопления и хранения электроэнергии были гидроаккумулирующие станции. Однако устойчивый рост глобального энергопотребления и активное развитие ВИЭ-генерации по всему миру толкает современную энергетику к поиску новых решений. Так, в августе 2023 года в китайской провинции Цзянсу была введена в эксплуатацию первая в мире промышленная твердотельная аккумулирующая электростанция (ТАЭС) башенного типа мощностью 25 МВт и емкостью 100 МВт·ч. Сегодня мы расскажем об этой новой технологии накопления энергии и ее перспективах.
Если у вас дома стоит многотарифный счетчик, вы прекрасно знаете, что объем энергопотребления и цена за электричество разнятся в зависимости от времени суток. То же самое происходит и в масштабах всей энергосистемы. Происходит это потому, что ночью спрос на электроэнергию существенно снижается и в энергосистеме приходится разгружать даже самые эффективные электростанции, снижая выработку энергии по всей энергосистеме, чтобы она не превышала потребление.
При массовом вводе «зеленой» генерации избытки дешевой выработки могут возникать и днем, и ночью.
Когда много солнца и ветра, максимально загружаются ветровые и солнечные станции, так как для производства электроэнергии им не нужно никакое топливо. И если погода резко изменяется, резко изменяется выработка солнечных и ветровых электростанций, а поскольку в энергосистеме всегда должен поддерживаться баланс – быстрое изменение выработки одних источников должно компенсироваться синхронным изменением загрузки других, в данном случае традиционных объектов генерации. Как же сгладить такие колебания?
Почему бы не накапливать энергию ночью и в период загрузки «зеленой» генерации в промышленных масштабах? Это поможет избежать загрузки наиболее дорогих электростанций электроэнергии в периоды пикового потребления, а также станет подстраховкой для нестабильной, зависящей от капризов погоды ВИЭ-генерации.
Одним из видов таких общесистемных аккумуляторов, разрабатываемых сейчас в мире, и могут стать ТАЭС.
Не случайно, что промышленная ТАЭС (ее еще называют гравитационный накопитель) появилась именно в Китае – мировом лидере как по энергопотреблению, так и по развитию «зеленой» энергетики.
Ведутся разработки и в России. В Новосибирске построен прототип ТАЭС башенного типа – высотой 20 метров и мощностью 10 киловатт, а также велась проработка проекта строительства на территории технопарка «Сколково» опытно-промышленной станции высотой уже 80 метров и мощностью 2,4 МВт.
Суть технологии ТАЭС проста и почти не отличается от принципа работы маятниковых часов. Только вместо небольшой гирьки там используются десятки многотонных блоков. Ночью станция потребляет излишки электричества для их подъема. А днем, в моменты пикового потребления в энергосистеме, блоки опускаются, приводя в действие генератор. Таким образом, накопленная энергия возвращается обратно в сеть.
Впрочем, системы гравитационного накопления сейчас в мире - это пока только пилотные проекты.
Эта технология не обкатана в промышленном использовании. Несмотря на кажущуюся простоту, внедрение любой новой технологии сопровождается значительными капиталовложениями в НИОКР, освоение производства оборудования и непосредственную реализацию проекта.
Одно лишь возведение здания ТАЭС требует сложной инженерной работы. Представьте себе небоскреб высотой более ста метров, который изнутри пронизан шахтами с грузовыми лифтами. И если в жилом доме он обычно поднимает до 1000 кг, то здесь подъемнику требуется тянуть блок весом в 25 тонн! Для всего этого необходим скрупулезный расчет всех видов нагрузок, равно как и особый подход к проектированию конструкций и оборудования.
Означает ли это, что нам придется еще долго ждать освоения технологии накопления энергии в промышленном масштабе? Отнюдь нет.
Есть уже и гидроаккумулирующие электростанции – ГАЭС, и электрохимические – на основе литий-ионных батарей. Однако у химических накопителей есть большой минус – со временем они теряют свою емкость. Например, традиционно считается, что аккумуляторы электромобилей сильно деградируют в среднем через 5 лет. К этому добавляются и сложности при утилизации литий-ионных батарей из-за токсичности их материалов.
ГАЭС в плане накопления энергии гораздо интереснее с точки зрения и долговечности, и экологии, недаром они применяются в электроэнергетике уже довольно давно. Так, первая в мире гидроаккумулирующая электростанция была запущена почти 150 лет назад. На сегодняшний день по всему земному шару насчитывается уже более четырехсот ГАЭС, а установленная мощность крупнейших из них практически не уступает мощности атомных станций. И если первые ГАЭС имели КПД не более 40%, то сейчас данный показатель увеличился почти вдвое.
Впрочем, это уже совсем другая история... О технологии ГАЭС и ее перспективах мы расскажем в нашем следующем материале.