Аккумунизация и хранение электрической энергии. Статья. Могут активно использоваться в моменты пиковых нагрузок
 Скачать 1.62 Mb.
|
|
Введение Новейшие разработки в области производства и хранения альтернативной электрической энергии вполне ощутимы, и в некоторых случаях даже способны конкурировать с традиционными источниками электроэнергии (ТЭЦ, АЭС, ГЭС). С помощью возобновляемых (альтернативных) источников энергии можно ощутимо снизить вредные выбросы от ТЭС. В некоторых государствах такие исследования ведутся не только на частном, но и на государственном уровне. Например, исследования, проведенные Texas utility Oncor Electric Delivery Co., ярко осветили плюсы таких технологий для современных энергосистем: Энергия, хранимая в аккумуляторных батареях, может быть подключена в любой точке энергосистемы; Аккумуляторные батареи помещаются в систему распределения энергии (подстанцию или фидер) и могут использоваться для предотвращения аварийных ситуаций (потреблять или отдавать электроэнергию в случае необходимости); Могут активно использоваться в моменты пиковых нагрузок, что позволит улучшить энергетику системы и уменьшит капитальные затраты; Данные батареи смогут отдавать или поглощать электрический ток в зависимости от режима работы системы. Россия с существенным отставанием приступает к формированию национальной промышленности систем накопления энергии и развитию рынка применения этих систем в различных секторах экономики. К примеру, в США уже в 2010 году запустили программу California Energy Storage Mandate, согласно которой в стране к 2020 году будет 1325 МВт мощностей хранения. Великобритания и Китай озаботились этим вопросом в 2016 году: первая приобрела 201 МВт систем хранения, второй планирует к 2021 году построить системы хранения емкостью 46 ГВт. А в прошлом году СМИ растиражировали историю, главным героем которой стал опять же Илон Маск: в Австралии за 100 дней была построена самая большая в мире система литий-ионных батарей (См. справку).  Авторы российской «Концепции» перечислили основные события на рынке систем хранения электроэнергии, которые уже происходят в стране: «создано множество стартапов», проводятся профильные конференции, Минобрнауки за три года выделило 1,3 млрд руб. на соответствующие НИОКР, есть программы инновационного развития. Из всего этого сделан вывод: в России пока ведутся разрозненные и нескоординированные действия, не обеспечивающие достижения прорывного эффекта в развитии отрасли и рынка систем хранения электроэнергии.  Далее эксперты определили три наиболее перспективных направления для отечественного рынка систем хранения электроэнергии: «Интернет энергии» — использование систем хранения электроэнергии в составе распределительной энергетики; «новая генеральная схема» — использование систем хранения электроэнергии в составе крупной централизованной энергетики; «водородная энергетика» — использование систем хранения электроэнергии в водородном цикле для энергетики с высокими требованиями к автономности, мобильности, экологичности. Большинство экспертных советов предсказуемы. Как правило, они рекомендуют осуществить пилотные проекты, поддержать НИОКР, снять регуляторные барьеры, разработать мероприятия по стимулированию спроса и развитию рынка, принять меры для развития научно-технологической инфраструктуры. Упоминается в «Концепции» и косвенное стимулирование рынка за счет изменения правил ценообразования для конечных потребителей, в частности, введение сильно дифференцированных по часам тарифов и управление спросом. Авторы документа утверждают, что к 2025 году объем мирового рынка систем хранения электроэнергии составит около $ 80 млрд. В оптимистичном сценарии российский рынок этих систем к тому времени достигнет около $ 8 млрд в год, а общий экономический эффект, за вычетом инвестиций и с учетом экспорта (систем хранения электроэнергии и водородного топлива), составит около $ 10 млрд в год. В настоящее время известны два способа хранения электроэнергии: это аккумуляторные батареи и потенциальная энергия воды, поднятая вверх в водохранилище, которую можно накапливать ночью, когда расход электроэнергии мал, а днём сбрасывать с плотины на турбину. Но аккумуляторные батареи долго не хранят электроэнергию, а поднимая воду на высоту надо затоплять значительные территории. Я предлагаю третий вариант хранения электроэнергии: можно ночью, когда небольшой расход электроэнергии, излишнюю энергию направить на расщепление воды в замкнутом резервуаре на водород и кислород с тем, чтобы днём, когда будет пик потребления электроэнергии сжигать водород с кислородом с выделением энергии в соответствии с известной химической формулой. В соответствии с этой формулой после сжигания будет снова образовываться вода, которую можно будет ночью снова расщеплять. А высвобождающейся энергией можно питать линии электропередач, чтобы троллебусы и трамваи ходили по городу. Таким образом, получается замкнутое и безопасное хранение электроэнергии. Безопасное с той точки зрения, что не нужны будут частные автомобили на водородном топливе, которых будет много и все они будут очень взрывоопасны. Так можно, на мой взгляд, запасаться электроэнергией в ночное время. Почему аккумуляторы не используют повсюду? Первая понятная технология хранения энергии появилась еще в конце XIX века — это были гидроаккумулирующие электростанции. ГАЭС в период низкого спроса на электроэнергию (например, ночью) потребляют ее для набора воды в верхнее водохранилище. А в моменты пиковых нагрузок (например, в утренние часы в мегаполисе) производят электроэнергию за счет резкого сброса воды. В России единственная действующая станция такого типа — Загорская ГАЭС в Московской области. Она помогает покрывать пиковое потребление электроэнергии столичного региона.  Сегодня совокупная мощность разного рода систем хранения энергии в мире — примерно 150 ГВт. Подавляющая доля систем хранения (97%) приходится на гидроаккумулирующие электростанции, причем в строительство новых ГАЭС ежегодно вкладывается $ 7−10 млрд. Лидеры по установленной мощности ГАЭС: Китай (31 999 МВт, 34 ГАЭС), Япония (28 252 МВт, 43 ГАЭС) и США (22 561 МВт, 38 ГАЭС). Среди прочих накопителей выделяются системы на сжатом воздухе, сульфидные натриевые и литиевые аккумуляторные батареи. Что касается аккумуляторных батарей, эксперты оценивают затраты на их установку в пределах $ 200−800 за 1 кВт установленной мощности. Наименьшие затраты — у свинцово-кислотных аккумуляторов. Основной недостаток аккумуляторных батарей — низкая продолжительность жизни по сравнению с ГАЭС. Срок службы батарей может довольно сильно варьироваться в зависимости от частоты применения, скорости разрядки и количества циклов глубокой разрядки. Есть у систем хранения электроэнергии еще одна неочевидная сторона, помимо финансовых и технологических, — это моральный аспект. Дело в том, что для производства аккумуляторов и аккумуляторных батарей, на которых работает вся современная техника, используют кобальт. Каждый год в мире добывают примерно 120 тыс. тонн кобальта, и 60% его добычи приходится на Демократическую Республику Конго. Для сравнения: на Канаду приходится 6% добычи, на Австралию — 4%, на Россию — 3%. Цены на кобальт растут стремительно, и это стимулирует рост его добычи в Конго. По данным ЮНИСЕФ, которые приводит интернет-издание «Медуза», в 2014 году из 150 тыс. местных горняков около 40 тыс. были детьми. Причем после того, как кобальт начал дорожать, детей в шахтах стало больше, считает Amnesty International. Некоторые из них не старше четырех лет. Рабочий день ребенка длится в среднем 12 часов, дневной заработок колеблется в районе $ 1−2. Однако эксперты полагают, что можно избежать роста цен на кобальт и снизить объемы его потребления. Один из металлов, способных заменить кобальт (а точнее, снизить его долю в аккумуляторах до 10% с нынешних 50%), — никель. Его запасы в мире больше, он равномернее распределен между странами и потому дешевле. В таком случае удастся решить и моральную проблему. |