Пра аднаўляльныя крыніцы энергіі ніхто не гаворыць загадзя: ноччу сонца не свеціць, а вецер не дзьме па раскладзе. Гучыць відавочна, праўда? Але гэты просты факт на самай справе з'яўляецца адным з самых вялікіх галаўных боляў ва ўсім энергетычным пераходзе.
Падумайце пра гэта. Батарэя вашага тэлефона разраджаецца ў самы горшы момант-звычайна, калі вы спрабуеце выклікаць Uber у 2 гадзіны ночы. А цяпер уявіце гэтую праблему, але гэта ўся электрычная сетка. Па сутнасці, гэта тое, з чым мы маем справу, калі гаворым пра аднаўляльныя крыніцы энергіі без захоўвання.
Праблема несупадзення
Сонечныя панэлі выпрацоўваюць электрычнасць, калі сонца ўзышло. Пік вытворчасці? Звычайна каля поўдня. Але калі большасці людзей насамрэч патрэбна электрычнасць? Ранняй раніцай, калі ўсе вараць каву і рыхтуюцца да працы, потым зноў увечары, калі прыходзяць дадому і пачынаюць гатаваць вячэру, запальваць святло, глядзець тэлевізар. Крывыя зусім не супадаюць.
У ветру ёсць свае асаблівасці. Часам вы атрымліваеце занадта шмат гэтага (бываюць выпадкі, калі ветраныя электрастанцыі прыходзіцца закрываць, таму што ёсцьзанадта шматвыпрацоўваецца электрычнасць), а часам яе амаль няма. У некаторых раёнах Тэхаса генерацыя ветру можа змяншацца з амаль нуля да забеспячэння больш чым 60% патрэб штата ў электраэнергіі за той жа тыдзень.
Вось дзе прыходзіць назапашванне энергіі. Па сутнасці, гэта буфер-спосаб захапіць электрычнасць, калі яе шмат, і захаваць яе на потым, калі яна вам сапраўды спатрэбіцца.
Што менавіта лічыцца назапашваннем энергіі?
Тэрмін ахоплівае нашмат больш, чым можна было чакаць. Усе адразу думаюць пра «батарэі», і, вядома, гэта вялікая частка гэтага. Але захоўванне энергіі для аднаўляльных крыніц энергіі ўключае ў сябе даволі шмат розных падыходаў:
Гідроакумулятарная гідраэлектрастанцыяіснуе вечна-ну, ва ўсякім разе з 1890-х гадоў. Канцэпцыя вельмі простая: калі ў вас ёсць лішак электраэнергіі, выкарыстоўвайце яе, каб перапампоўваць ваду ў гару ў рэзервуар. Калі вам спатрэбіцца электраэнергія, дазвольце вадзе цячы назад праз турбіны. Гэта па-ранейшаму самая распаўсюджаная форма сеткавага-назапашвання энергіі ва ўсім свеце, на яго долю прыпадае каля 95% усіх камунальных-назапашвальнікаў энергіі. Мінус? Вам патрэбна правільная геаграфія-горы, даліны, шмат вады. Не магу дакладна пабудаваць адзін з іх у Канзасе.
Акумулятарныя сістэмыновыя дзеці робяць усе загалоўкі. Зараз дамінуе літый-іён, таму што бум электрамабіляў рэзка знізіў выдаткі. У перыяд з 2010 па 2023 год кошт акумулятараў знізіўся прыкладна на 90%. Гэта вар'яцтва. Але ёсць альтэрнатывы ў распрацоўцы-натрый-іённыя акумулятары (з выкарыстаннем солі замест літыя), праточныя батарэі (дзе-вадкасць, якая захоўвае энергію, захоўваецца ў баках і прапампоўваецца па меры неабходнасці), нават жалеза{11}}паветраныя батарэі, якія ў асноўным "дыхаюць" кіслародам з атмасферы.
Назапашванне энергіі сціснутым паветрампрацуе накшталт помпавай гідраўлікі, але з паветрам замест вады. Вы сціскаеце паветра і захоўваеце яго ў падземных пячорах, калі электрычнасць танная, а потым выпускаеце яго праз турбіны, калі гэта неабходна. Такіх яшчэ не так шмат, але патэнцыял ёсць.
Тэрмасховішчацікавы тым, што ён не назапашвае электрычнасць непасрэдна-а захоўвае цяпло або холад. Канцэнтраваныя сонечныя электрастанцыі часам выкарыстоўваюць расплаўленую соль для захоўвання цеплавой энергіі ад сонца. Соль застаецца дастаткова гарачай (мы гаворым пра 500+ градусаў па Цэльсіі), каб выпрацоўваць пар і кіраваць турбінамі на працягу некалькіх гадзін пасля заходу сонца. Існуюць таксама сістэмы, якія робяць лёд ноччу, калі электраэнергія танная, а затым выкарыстоўваюць гэты лёд для астуджэння будынкаў у гарачы поўдзень.
Махавікі, суперкандэнсатары, вадарод-спіс можна працягваць. Кожная тэхналогія мае свае перавагі ў залежнасці ад таго, колькі энергіі вам трэба назапасіць, як доўга вам трэба яе захоўваць і як хутка вам трэба яе разрадзіць.
Чаму гэта важна (акрамя відавочнага)
Назапашванне энергіі - гэта не толькі ўключэнне святла, калі заходзіць сонца. Гэта фактычна вырашае адразу некалькі задач.
Стабільнасць сеткі - гэта галоўнае, пра што клапоцяцца камунальныя службы. Электрычныя сеткі павінны падтрымліваць дакладны баланс паміж попытам і прапановай кожную секунду. Занадта шмат прапановы і частата расце; занадта мала, і яно падае. У любым выпадку з абсталяваннем здараюцца дрэнныя рэчы. Сістэмы захоўвання могуць рэагаваць за мілісекунды, каб падтрымліваць гэты баланс. Некаторыя батарэйныя ўстаноўкі ў Аўстраліі праславіліся сваёй здольнасцю стабілізаваць сетку хутчэй, чым традыцыйныя электрастанцыі.
Тады ёсць эканамічны кут. Цэны на электраэнергію вагаюцца на працягу дня-часам рэзка. У месцах з вялікай колькасцю аднаўляльных крыніц энергіі цэны могуць стаць адмоўнымі ў вельмі сонечныя або ветраныя перыяды, таму што выпрацоўваецца больш электраэнергіі, чым можа вытрымаць сетка. Сховішча дазваляе купляць (або выпрацоўваць) электраэнергію, калі яна танная або ў вялікай колькасці, і прадаваць яе назад, калі кошты растуць. Гэта называецца арбітраж, і гэта становіцца сапраўднай бізнес-мадэллю.
Для аддаленых населеных пунктаў або астравоў сховішча ў спалучэнні з аднаўляльнымі крыніцамі энергіі можа азначаць незалежнасць ад дызельных генератараў. Дызельнае паліва дарагое ў дастаўцы, яно гучнае, забруджвае навакольнае асяроддзе і патрабуе пастаяннага абслугоўвання. Сонечная-плюс-сістэма батарэі можа мець высокія першапачатковыя выдаткі, але паліва назаўжды бясплатнае.
Пытанне маштабу
Адна з складаных рэчаў аб захоўванні энергіі заключаецца ў тым, што адзін памер дакладна не падыходзіць для ўсіх.
У самым малым маштабе ў вас ёсць індывідуальныя дамы з сонечнымі батарэямі на даху і батарэяй у гаражы-магчыма, 10-15 кілават-гадзін захоўвання, дастаткова, каб перажыць ноч або забяспечыць рэзервовую падтрымку падчас адключэння. Powerwall ад Tesla - напэўна, самы вядомы прыклад, але цяпер ёсць дзесяткі канкурэнтаў.
Перайдзіце да ўзроўню суполкі, і ў вас можа быць некалькі мегават-гадзін, якія будуць абслугоўваць раён або невялікі горад.
Тады вы атрымаеце-масштабныя ўстаноўкі камунальных службаў, якія з'яўляюцца сапраўды масавымі. Акумулятарная ўстаноўка Moss Landing у Каліфорніі мае магутнасць 3000 мегават-гадзін. Каб паказаць гэта ў перспектыве, гэтага дастаткова для забеспячэння электраэнергіяй каля 225 000 дамоў на працягу чатырох гадзін. І яны працягваюць яго пашыраць.
Працягласць мае такое ж значэнне, як і ёмістасць. Акумулятары выдатна падыходзяць для захоўвання энергіі на працягу некалькіх гадзін-, што называецца "кароткім захоўваннем". Але як наконт сезоннага захоўвання? Што рабіць, калі вы хочаце зэканоміць лішнюю сонечную энергію летам для выкарыстання зімой? Гэта патрабуе зусім іншых тэхналогій, і, шчыра кажучы, у нас пакуль няма выдатных рашэнняў для гэтага. Вадарод - адна з магчымасцей, але яна дарагая і неэфектыўная.
Выклікі-рэальнага свету
Выдаткі па-ранейшаму з'яўляюцца праблемай нумар адзін, нават калі яны сталі нашмат лепш. Вялікая ўстаноўка батарэі можа каштаваць 300-400 долараў за кілават-гадзіну магутнасці. Гэта значна знізілася, але гэта ўсё яшчэ дорага, калі вы кажаце пра маштаб карыснасці. І акумулятары з цягам часу сапсуюцца - яны не працуюць вечна.
Ёсць таксама праблема ланцужка паставак матэрыялаў. Літый, кобальт, нікель-попыт расце хутчэй, чым можа паспяваць здабыча карысных выкапняў. І многія з гэтых матэрыялаў паступаюць з месцаў з сумнеўнай працоўнай практыкай або экалагічнымі стандартамі. Прамысловасць імкнецца знайсці альтэрнатывы або распрацаваць лепшыя метады перапрацоўкі.
Дазволы і рэгуляванне таксама могуць быць кашмарам. Назапашванне энергіі настолькі новае, што ў многіх месцах няма дакладных правілаў аб тым, як падключаць гэтыя сістэмы да сеткі, каму яны могуць належаць, як яны павінны атрымліваць кампенсацыю. Некаторыя камунальныя службы бачаць у сховішчах пагрозу сваёй бізнес-мадэлі, іншыя прымаюць гэта.
Затым ёсць простая фізічная праблема: страты пры пераўтварэнні энергіі. Калі вы зараджаеце акумулятар, вы губляеце частку энергіі ў выглядзе цяпла. Калі вы разраджаеце яго, вы губляеце больш. ККД-туды-назад можа складаць 85-90% для літый-іённых батарэй, што даволі добра, але гэта азначае, што вы па-ранейшаму губляеце 10-15% энергіі. Для некаторых іншых тэхналогій захоўвання страты значна вышэй.
Куды ідуць справы
Імпульс захоўвання энергіі рэальны. Глабальныя ўстаноўкі растуць у геаметрычнай прагрэсіі. Толькі ў 2023 годзе свет павялічыў ёмістасць акумулятара прыкладна на 50 гігават-удвая больш, чым у папярэднім годзе.
Мы бачым інавацыі ў нечаканых месцах. Аўтамабільныя акумулятары атрымліваюць другое жыццё ў якасці стацыянарных сховішчаў пасля таго, як яны больш не падыходзяць для аўтамабіляў. Распрацоўваецца тэхналогія-да-сеткі, дзякуючы якой электрамабілі могуць пры неабходнасці вяртаць энергію ў сетку (ваш аўтамабіль у асноўным становіцца акумулятарам на колах).
Доўгі-захоўванне - гэта наступная мяжа. Ёсць некалькі дзікіх ідэй-назапашвання энергіі з выкарыстаннем гравітацыйных блокаў, падводнага назапашвання сціснутага паветра, вадкага паветранага назапашвання энергіі. Некаторыя з іх будуць працаваць, многія не будуць, але эксперыменты адбываюцца.
Эканоміка працягвае паляпшацца па меры таго, як выдаткі падаюць і ўсё больш месцаў усталёўваюць цану на выкіды вугляроду. На некаторых рынках сховішчы ўжо канкурэнтаздольныя без субсідый. Гэта было няпраўда нават пяць гадоў таму.
Ніжняя лінія
Назапашвальнікі энергіі - гэта не проста прыемна-мець-аксэсуар для аднаўляльных крыніц энергіі-яно становіцца тым, што робіць магчымым увесь пераход. Без назапашвальніка вы можаце дадаць столькі сонца і ветру, перш чым сетка стане нестабільнай. Са сховішчам столь значна, значна вышэй.
На самай справе мы ўсё яшчэ ў пачатку. Тэхналогія хутка ўдасканальваецца, выдаткі зніжаюцца, і мы ўвесь час шукаем новыя прыкладанні. Але асноўная вартасная прапанова зразумелая: захоўванне ператварае перарывістую аднаўляльную энергію ў надзейную, дыспетчарскую. І гэта мяняе ўсё.
Наступнае дзесяцігоддзе будзе захапляльным. Спалучэнне танных аднаўляльных крыніц энергіі і ўсё больш даступных сховішчаў ужо разбурае рынкі электраэнергіі па ўсім свеце. Месцы, якія пяць гадоў таму на 100% залежалі ад выкапнёвага паліва, цяпер у пэўныя дні рэгулярна дасягаюць 50%, 60%, нават 70% аднаўляльнай энергіі. Яшчэ нядаўна гэта здавалася немагчымым.
Наперадзе яшчэ шмат працы-тэхналагічнай, эканамічнай, нарматыўнай. Але траекторыя даволі зразумелая. Назапашванне энергіі для аднаўляльных сістэм - гэта не толькі будучыня; гэта хутка становіцца сучаснасцю.