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.
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.
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.
