Три ключевые технологии накопления энергии, которые помогут перейти на использование возобновляемых источников

0
83


1 бал2 бали3 бали4 бали5 балів6 балів7 балів8 балів9 балів10 балів (1 голос(-ів), середній бал: 10,00 з 10)

Недавние исследования в области гидроэнергетики, использования энергии жидкого воздуха и потоков ветра обещают дешевизну и доступность подобных подходов. Сторонники уверены в стремительном развитии технологий, позволяющих получать электроэнергию из возобновляемых источников, которые к тому же являются экологически чистыми и безопасными, например, солнца, ветра и прочих.

Использование энергии воды считается одним из самых старейших методов в данной области. Вследствие перепада высот и движения водных масс специальные турбины преобразуют ее в электроэнергию. Исследовательская группа Австралийского национального университета (АНУ) обнаружила во всем мире не менее 530000 потенциальных водохранилищ, которые могут использоваться в качестве недорогих возобновляемых источников энергии.

Бин Лу, член проектной команды, кандидат наук в Научно-исследовательской школе электротехники, энергетики и материаловедения при АНУ отметил, что на сегодняшний день гидроэнергетика является самой дешевой технологией производства электроэнергии из возобновляемых источников в крупных масштабах, ведь на насосные гидроэлектростанции приходится 97% выработки такой энергии во всем мире, а типичный срок службы последних составляет 50 лет.

Еще одна многообещающая масштабная технология накопления энергии, о которой недавно сообщали в новостях, основана на фундаментальных принципах ньютоновской физики. Компания Energy Vault предлагает с помощью кранов соорудить огромную башню, состоящую из бетонных блоков весом 35 тонн каждый. Суть метода заключается в том, что во время падения такие блоки высвобождают накопленную энергию, затраченную на их подъем, запуская в работу турбогенераторы.

В третьем случае компания Highview Power стремится доказать, что ее системы хранения энергии на основе жидкого воздуха могут обеспечить дешевое и высокоэффективное аккумулирование энергии в гигаватт-часах (ГВт/ч) в течение 5-10 часов в день. Специалисты уверяют, что такие ресурсы сохранности энергии в сочетании с ее возобновляемыми источниками эквивалентны и могут заменить тепловую и ядерную, обеспечив при этом дополнительную безопасность поставок.

Дешевые и надежные хранилища гидроэнергии

По данным недавних исследований АНУ, во всем мире существует огромное количество дешевых и эффективных хранилищ гидроэнергии, которые могут быть связаны с системами солнечной или ветровой энергии для создания электрических сетей без вредных выбросов. Такие выводы противоречат общепринятому мнению.

Ведущий исследователь, доктор философии и научный сотрудник Колледжа инженерии и компьютерных наук АНУ Мэтью Стокс утверждает, что им удалось обнаружить по всему миру сотни тысяч потенциальных мест для хранения и производства гидроэнергии и лишь небольшая часть из них понадобится для поддержки глобальной системы электроэнергии, причем полностью возобновляемой.

Снимок карты мира с перспективными участками краткосрочного хранения гидроэнергии

По мнению ученых из АНУ, места хранения гидроэнергии не обязательно должны располагаться вблизи рек или других водоемов. Местный рельеф можно приспособить для размещения нижних и верхних резервуаров для воды, которые впоследствии будут соединены с трубопроводами для откачки воды в нужном направлении и запуска в движение агрегатов для выработки электроэнергии  по требованию.

Энергия солнца и ветра, в свою очередь, может использоваться для перекачки воды между резервуарами, что значительно удешевит стоимость и повысит эффективность системы. По словам исследовательской группы, для транспортировки электроэнергии могут быть построены высоковольтные линии электропередач, создавая таким образом сети с нулевым уровнем выбросов.

Создание зон возобновляемой энергии и электрических сетей с нулевым уровнем выбросов

Эндрю Блейкерс, член исследовательской группы и директор Центра устойчивых энергетических систем АНУ, заявил, что существует масса возможностей для создания зон возобновляемой энергии по всему миру, где есть подходящие условия для использования ветра, солнца и гидростанций. К ним относятся отдельные территории штатов США, таких как Аризона, Колорадо и Техас, а также около 3000 других областей по всей Австралии.

Он объяснил, что в таком случае стоимость транспортировки распределяется между ветряной, солнечной и гидроэлектростанциями. Также водохранилище гарантирует бесперебойную работу системы круглосуточно, что снижает затраты на передачу энергии и делает ее более эффективной.

Ученый заметил, что экологические, геологические и прочие факторы приведут к исключению многих предлагаемых объектов, но при таком количестве потенциальных мест для поддержки 100% возобновляемых источников энергии необходимо разработать менее 1% из предлагаемых. К тому же, расходы на транспортировку и построение инфраструктуры местности являются незначительными для большинства объектов, а с увеличением площади – и вовсе теряют значимость.  

Потенциал накопления энергии, ГВт/час на миллион человек

Эндрю Блейкерс утверджает, что предлагаемые места расположения гидроустановок смогут обеспечивать максимальную мощность на протяжении 5-25 часов в зависимости от размеров резервуаров. Методы строительства подобных сооружений хорошо известны и проверены, а насос с гидроусилителем обеспечивает быстрый поток энергии всего за несколько минут. К тому же, количество потребляемой воды, необходимое для генерации электроэнергии в сочетании с солнцем и ветром, будет значительно меньше, чем у электростанций, работающих на топливе, которое нужно дополнительно охлаждать водой.

По ссылке доступны дополнительные сведения о проведенном анализе, а также карты с местонахождениями потенциальных мест хранения электроэнергии: http://re100.eng.anu.edu.au/global/

Поднятие плит для строительства энергоаккумулятора

Что касается кинетической энергетической системы Energy Vault, то по своей природе она удивительно экономна. Объем накопленной энергии напрямую зависит от количества и массы блоков, а также высоты, на которую они поднимаются, а затем опускаются.

Согласно новостным сведениям, стоимость хранения энергии в течение срока службы такой «башни мощности» может составлять примерно несколько центов США за киловатт-час (кВт/ч), что примерно в 7 раз ниже, чем для эквивалентных систем с ионно-литиевыми батареями.

Однако, несмотря на резкое сокращение использования литий-ионных батарей, современным системам накопления энергии пока сложно конкурировать с традиционными электростанциями на сырьевом топливе, особенно, если речь идет о долговременных и крупномасштабных проектах. Об этом заявил соучредитель и генеральный директор компании Energy Vault Роберт Пикони. Он подчеркивает экологическую безопасность инновационной технологии, а также возможность соединить с ней использование солнечной и ветровой энергии для полной замены ископаемого топлива возобновляемыми источниками энергии круглосуточно.

Напомним, что данный проект Energy Vault победил среди идей, изменяющих мир, в номинации «Энергия» по мнению издания Fast Company в 2019 году.

Технология накопления криогенной энергии в гигаваттах от Highview Power

Британская компания Highview Power, которая базируется в США, видит перспективу в своей технологии хранения энергии в виде жидкого воздуха. Недавно ее руководство объявило о создании совместного предприятия с многонациональной компанией TSK, которая занимается проектированием, закупками и строительством. Сотрудничество подразумевает разработку крупномасштабных проектов в упомянутой сфере энергетики в Европе (Германия, Италия и Испания), Великобритании и США, а также в Нигерии и других западноафриканские стран, таких как Мавритания и Сенегал. Об этом изданию Solar Magazine рассказал генеральный директор компании Хавьер Кавада.

Также он считает, что стоимость такой энергии наполовину дешевле по сравнению с аналогичными системами накопления энергии на ионно-литиевых батареях. Последние могут прекрасно справляться с задачей моментального обеспечения и высокоэффективного накопления энергии, но только на срок до четырех часов. Однако затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание систем быстро растут, делая их слишком затратными.

Хавьер Кавада считает, что системы хранения энергии в виде жидкого воздуха  от Highview способны решить две большие проблемы, сдерживающие быстрый рост использования солнечной энергии, энергии ветра и других энергоресурсов без выбросов. А именно — дать им больше возможностей для развития. Сегодня возобновляемые источники энергии обеспечивают около 17% мировых мощностей по производству электроэнергии. Чтобы получить 50%, потребуется увеличить их количество в 3 раза. Надежное, масштабное, длительное хранение — недостающий кусочек такого пазла по мнению Кавады.

Стандартная система Highview обеспечивает 50 мегаватт-часов (МВт/ч) емкости хранения энергии в течение 8 часов в день. Они могут работать в течение 10 или 20 лет, управляются в основном дистанционно и требую относительно небольших затрат на эксплуатацию и обслуживание.

Детализация системы хранения энергии в виде жидкого воздуха от Highview

По словам Кавады, увеличение рабочей мощности с 0 до 100% происходит менее чем за 10 секунд, что было продемонстрировано в Манчестере. На самых быстроразвивающихся рынках электроэнергии Highview может легко соединить свои системы с маховиками или системами литий-ионных аккумуляторов для достижения молниеносной реакции.

К тому же, методика и технология сжатия воздуха в жидкую форму и его распределения хорошо известны и широко используются в промышленности и торговле, отмечает Кавада. Это упрощает и ускоряет развитие и интеграцию систем, что, в свою очередь, снижает общие затраты. Сегодня существует множество учреждений, где используют жидкий воздух в аналогичном температурном диапазоне (кислород или азот). Причем, охлаждаясь, воздух очищается, поскольку удаляется углекислый газ CO2, температура сжижения которого выше, чем у кислорода.

Этот газ можно использовать и продавать в качестве побочного продукта, например, для производства газированной воды и других подобных напитков. Highview работает с британской пивоваренной компанией в Южном Уэльсе, чтобы делать это в рамках одного из проектов на стадии разработки, добавил Кавада.

Компания видит множество вариантов применения своей технологи. В Италии она разрабатывает несколько проектов, чтобы сделать энергию солнца или ветра полностью управляемой (24 часа, 7 дней в неделю, 365 дней в году), для чего нужно достаточно места для хранения.

Ценность системы хранения энергии в виде жидкого воздуха отличается в развивающихся или менее развитых странах. Там технология Highview может существенно поддержать национальные и местные инициативы по электрификации, а также внести существенный вклад в достижение национальных и международных целей в области возобновляемой энергии и изменения климата.

На пути к переходу на возобновляемые источники энергии без выбросов

Система хранения энергии в виде жидкого воздуха способна увеличить использование природного газа или угольных электростанций, способствуя их деятельности и переходу на энергию с нулевым выбросом углерода. Технология может быть синхронизирована с газовыми электростанциями, например. В таком случае природный газ будет использоваться только тогда, когда в этом возникает острая потребность, — пояснил Кавада.

Но такой подход противоречит миссии и стратегии компании, ведь ее главная задача — ускорить рост возобновляемых источников энергии и полностью заменить ядерное и ископаемое топливо. Многие нефтегазовые компании знают об этом, и Highview сотрудничает с ними, чтобы добиться цели.

Кавада сообщил о предстоящей встрече руководителей компаний Highview и TSK с корпорациями Shell и Total, чтобы обсудить необходимость увеличения количества возобновляемых источников энергии и помочь этим компаниям осуществить преобразование энергии.

Государственные органы и коммунальные службы в различных странах проявляют большой интерес к технологии Highview. С целью технико-экономического обоснования эффективности компания разработала в США установку мощностью 50 МВт/ 400МВт/ч, соединенную с ветряной электростанцией, а также подписала соглашение с потребителем коммунальных услуг и рассчитывает вскоре объявить о совершении сделки.

Запустив две небольшие установки в Великобритании, компания Highview также работает над разработкой системы мощностью 50 МВт / 250 МВтч, емкость хранения которой можно будет увеличивать с 8 до 10 часов.

НАПИСАТИ ВІДПОВІДЬ

Увійти за допомогою: 
Please enter your comment!
Please enter your name here

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.