Обзор самых интересных способов сохранения энергии в промышленных масштабах
Зачем нужны накопители энергии
Традиционная энергетика основана на возможности не только производить энергию, но и делать ее запасы. При этом вопросы хранения энергии опережают вопросы ее производства. Например, запас воды в хранилище позволяет использовать ее в любое время для получения электроэнергии на гидроэлектростанциях, а запас угля обеспечивает бесперебойную работу тепловой электростанции.
Наряду с обычными источниками энергии все шире используются, так называемые альтернативные источники, работающие от энергии солнца и ветра. Их достоинством является экологическая безопасность и доступность, а вот к недостаткам следует отнести непостоянство работы источников и нестабильность получения электрической энергии.
Для нормальной работы электрической сети, основанной на использовании альтернативных источников энергии, необходим накопитель энергии, который бы делал ее запас, а затем позволял использовать для различных нужд. Именно эта задача в настоящее время является основной в вопросах развития альтернативной энергетики во всем мире. К слову сказать, пока настоящего прорыва в этой области нет, но различные технические решения позволяют говорить о положительной динамике. Рассмотрим некоторые проекты, вызвавшие наибольший интерес у энергетиков.
Солнечную энергию можно использовать для получения метана
Одним из самых заманчивых, но труднодостижимых способов хранения энергии альтернативных источников является преобразование ее в обычные для человечества источники энергии, использовать которые можно в удобное время, а хранить бесконечно долго. Именно такую схему использовали ученые немецкие ученые Общества Фраунгофера, предложившие получать при помощи энергии солнца метан и накапливать его, а затем использовать для получения электричества в обычных тепловых электростанциях.
Процесс основан на электролитической диссоциации воды при помощи дешевой энергии, получаемой от ветрогенераторов и солнечных батарей и не востребованной в данный момент потребителями. Затем водород взаимодействует с углекислым газом, в результате чего получается метан.
Представим процесс схематически
Н2О -> Н2+О2
Н2+СО2->СН4
При этом следует обратить внимание, что в процессе участвует углекислый газ, что позволяет говорить о его значимости для экологического благополучия планеты.
В настоящее время уже реализован пилотный проект, показавший хорошие результаты. Разработчики утверждают, что КПД процесса составляет не менее 60%, что позволяет говорить о его больших перспективах. При этом следует помнить, что на получение метана идет энергия, стоимость которой невелика, а других достойных способов ее аккумуляции и хранения пока нет.
И вновь гидроаккумуляторы
На сегодняшний день гидроаккумулирующие электростанции по праву считаются одним из самых доступных и надежных способов хранения энергии. Их принцип основан на использовании "лишней" энергии, получаемой в период ее минимального потребления. Нетрудно догадаться, что именно в это время образуются энергетические излишки, которые нужно сохранить для дальнейшего использования. В противном случае произойдет их потеря. Например, избыточное количество энергии получается при работе солнечных батарей летом, в ясную солнечную погоду.
В это время ее можно использовать для работы насосов, подающих воду в специальные резервуары, расположенные на высоте, тем самым создавая потенциальные условия для работы обычной гидроэлектростанции. Таким образом накопленная потенциальная энергия воды может быть использована для получения электроэнергии в любой момент.
Основным недостатком ГАЭС (гидроаккумулирующих электростанций) является сложность их строительства и высокая стоимость таких проектов. Да и площадь, занимаемая такими сооружениями слишком велика.
Ветрогенераторы в роли нагнетающих насосов
Одним из самых интересных способов сохранения энергии является накопление ее в резервуарах со сжатым воздухом. Емкости для хранения сжатого воздуха могут иметь различный вид и находиться в любом месте. Одним из интересных технических решений является идея профессора Симуса Гарви (Великобритания) предложившего использовать для хранения сжатого воздуха прочные полиэтиленовые мешки, расположенные на поверхности океана по соседству с находящимися по соседству мощными ветрогенераторами.
В соответствии с его идеей такие ветрогенераторы не должны вырабатывать электроэнергию, а использоваться сразу для нагнетания воздуха в резервуары. В соответствии с его предложением лопасти ветряков следует делать пустыми внутри, установив в них специальный поршень. При изменении положения лопасти поршень будет двигаться вниз, сжимая поступивший в свободное пространство воздух и выталкивая его в накопительный резервуар. При движении вверх лопасть вновь наполнится воздухом, а поршень опустится при этом вниз.
Резервуары со сжатым воздухом можно легко транспортировать к месту выработки электроэнергии.
И вновь о сжатом воздухе
По мнению специалистов американской компании "Magnum Епегду НС" одним из самых перспективных способов хранения энергии является использование для этого не просто сжатого, а сжиженного воздуха. Для этих целей предполагается использовать хранилище для природного газа, переоборудованное под закачку воздуха.
Как и в предыдущих примерах, для получения сжатого воздуха предполагается использовать энергию, получаемую в период ее минимального потребления. В соответствии с этой идеей электростанция, работающая на энергии солнца, будет давать электрическую энергию, избытка которой будет направлен на обеспечение работы нагнетающих насосов, закачивающих воздух в подземное хранилище. При необходимости и недостатке электричества, например, ночью или в пасмурную погоду, потенциальная энергия сжатого воздуха будет направлена на обеспечение работы турбин электростанции.
Как видите, все гениальное просто.
