Солнце не всегда светит именно тогда, когда нужно вскипятить чайник; чем больше мы полагаемся на возобновляемые источники энергии, тем больше энергии нам потребуется. Вы можете накапливать излишки электроэнергии, перекачивая воду в гору. Вы можете использовать ее для сжатия воздуха, или для раскрутки гигантского маховика, или для поднятия огромного бетонного блока с земли. Чаще всего вы можете просто использовать ее для подзарядки какие-то больших аккумуляторных батарей в размерах сети.
Они быстро набирают популярность, и цены на крупногабаритные аккумуляторные батареи быстро снижаются. В настоящее время стоимость хранения и выделения мегаватт-часа электроэнергии в недавно установленной литиевой батарее сетевого масштаба составляет около 150 долларов США. Эта цифра будет и дальше снижаться, но исследователи из Международного института прикладного системного анализа (IIASA) предложили вариант, который может снизить стоимость до 50-100 долларов за МВтч в определенных местах.
Технология накопления энергии плавучести, или BEST (Buoyancy Energy Storage Technology), использует силу, знакомую каждому, кто когда-либо держал пляжный мяч под поверхностью воды и отпускал его. По сути, предлагаемая конструкция начинается с платформы, закрепленной глубоко в морском дне с помощью утяжеленных якорей. Она подключена кабелями к огромному квадратному массиву - со стороной 100 метров - из полиэтиленовых труб высокой плотности, каждая из которых заполнена сжатым газом, таким как воздух или водород.
Вверху: воздушные шары под водой не продержатся. Внизу: вместо этого команда IIASA предлагает газонаполненные полиэтиленовые трубы. Фото: IIASA
Электричество, передаваемое с поверхности через силовые кабели, используется для привода мощных электродвигателей, которые тянут плавучие трубы вниз к морскому дну для хранения энергии. Когда приходит время высвободить энергию, трубы освобождаются, и их мощная плавучесть вращает электродвигатель в обратном направлении, превращая его в генератор и возвращая энергию в сеть.
По расчетам команды, это может стать дешевой и эффективной системой хранения энергии в определенных ситуациях - особенно на оффшорных ветряных электростанциях, работающих недалеко от берегов и островов без гор. Но батареи это полностью не заменит.
Это компромисс между плотностью энергии и плотностью мощности: система BEST может хранить много энергии по конкурентоспособной цене, но батареи лучше хранят и выделяют эту энергию быстро.
Глубокие утяжеленные якоря прикрепляют платформу и двигатель/генератор к морскому дну. Фото: IIASA
Простая конструкция тянет «приемник плавучести», заполненный газом, к морскому дну для хранения энергии, а затем позволяет ему всплыть, чтобы высвободить ее. Фото: IIASA
«В то время как стоимость батарей сегодня составляет около 150 долларов за МВтч, стоимость BEST составляет всего от 50 до 100 долларов за МВтч», - говорит исследователь IIASA Джулиан Хант. «Учитывая, что стоимость установленной емкости для аккумуляторов меньше, чем в системах BEST (от 4 до 8 миллионов долларов за мегаватт), аккумуляторы и системы BEST могут использоваться совместно для обеспечения накопления энергии для прибрежного города или для морской ветряной электростанции. Важно также помнить, что стоимость систем BEST может быть значительно снижена, если в технологию будут вложены значительные средства».
Оценка глобального потенциала этой системы показала значительно более низкие затраты на воздух, чем на водород, с наибольшим потенциалом вокруг "океанических островов и на побережьях Японии, Филиппин, Индонезии, Австралии, США, Мексики, Чили, Перу, Эквадора, Колумбии, Кубы, Ямайки, Гватемалы, Гондураса, Бразилии, Португалии, Омана, Южной Африки, Мадагаскара и Сомали, Кот-д'Ивуара и Ганы".
Глобальный потенциал для хранения энергии плавучести. Вверху показаны ориентировочные затраты на МВтч при использовании воздуха, внизу - при использовании водорода. Фото: IIASA
Но есть еще одна интересная загвоздка с водородом: систему BEST можно легко адаптировать, чтобы она стала сверхдешевой системой сжатия водорода, также как и системой хранения энергии. К тому времени, когда трубы, наполненные газом, опускаются на морское дно, они уже сжаты благодаря высокому уровню атмосферного давления в глубинах океана. В этот момент водород может быть захвачен в резервуар высокого давления, конструкция которого дает ему достаточную плавучесть, чтобы всплыть на поверхность. Как вариант, его можно перекачивать по подводным трубопроводам.
По словам исследователей, сжатие водорода таким способом может быть выполнено с эффективностью до 90 процентов по сравнению с эффективностью наземных компрессоров, близкой к 50 процентам. Инвестиционные затраты также оцениваются примерно в 30 раз ниже, чем у обычных компрессоров, что сокращает одну из ключевых затрат в цепочке поставок водорода.
Исследование находится в открытом доступе в Journal of Energy Storage.
