Как хранить энергию от солнечных батарей

Как хранить энергию. Расплавленная соль, сжатый воздух и супермаховик

Электроэнергетика — одна из немногих областей, в которой нет масштабного хранения произведенной «продукции». Промышленное хранение энергии и производство различного рода накопителей — следующий шаг в большой электроэнергетике. Сейчас эта задача стоит особенно остро — вместе со стремительным развитием возобновляемых источников энергии. Несмотря на бесспорные достоинства ВИЭ, остается один важный вопрос, который необходимо решить, прежде чем массово внедрять и применять альтернативные энергоносители. Хотя энергия ветра и солнца является экологически чистой, ее выработка имеет «прерывистый» характер и требуется хранение энергии для последующего использования. Для многих стран особенно актуальной задачей было бы получение технологий сезонного хранения энергии — из-за больших колебаний в ее потреблении. Издание Ars Technica подготовило список лучших технологий хранения энергии, мы расскажем о некоторых из них.

Гидроаккумуляторы

Самая старая, отлаженная и распространенная технология хранения энергии в больших объемах. Принцип работы гидроаккумулятора следующий такой: имеется два резервуара для воды — один расположен над другим. Когда спрос на электроэнергию невелик, энергия использутеся для закачки воды в верхний резервуар. В пиковые часы потребления электричества вода сливается вниз, на установленный там гидрогенератор, вода крутит турбину и вырабатывает электричество.

В будущем Германия планирует использовать старые угольные шахты для создания гидроаккумуляторов, а немецкие исследователи работают над созданием гигантских бетонных сфер для гидронегерации, размещенных на дне океана. В России есть Загорская ГАЭС, расположенная на реке Кунье у поселка Богородское в Сергиево-Посадском районе Московской области. Загорская ГАЭС — важный инфраструктурный элемент энергосистемы центра, участвует в автоматическом регулировании частоты и перетоков мощности, а также покрывая суточные пиковые нагрузки.

Как рассказал Игорь Ряпин, начальник департамента Ассоциации «Сообщества потребителей энергии» в рамках конференции «Новая энергетика»: Internet of Energy, организованной Энергетическим центром бизнес-школы «Сколково», установленная мощность всех гидроаккумуляторов в мире — порядка 140 ГВт, к преимуществам этой технологии относятся большое количество циклов и длительный срок работы, эффективность порядка 75-85%. Однако для установки гидроаккумуляторов требуются особые географические условия и она является дорогостоящей.

Накопители энергии сжатого воздуха

Этот способ хранения энергии по принципу работы похож на гидрогенерацию — однако вместо воды в резервуары нагнетается воздух. При помощи двигателя (электрического или иного) воздух закачивается в накопитель. Для получения энергии сжатый воздух выпускается и вращает турбину.

Недостаток такого рода накопителей — низкий КПД из-за того, что часть энергии при сжатии газа переходит в тепловую форму. Эффективность не более 55%, для рационального использования накопитель требует много дешевой электроэнергии, поэтому на данный момент технология используется преимущественно в экспериментальных целях, общая установленная мощность в мире не превышает 400 МВт.

Расплавленная соль для хранения солнечной энергии

Расплавленная соль удерживает тепло в течение длительного времени, поэтому ее размещают на солнечных тепловых установках, где сотни гелиостатов ( больших сконценирированных на солнце зеркал) собирают тепло солнечного света и нагревают жидкость внутри — в виде расплавленной соли. Затем она направляется в резервуар, далее посредством парогенератора приводит во вращение турбину, так вырабатывается электроэнергия. Одним из плюсов является то, что расплавленная соль функционирует при высокой температуре — более 500 градусов по Цельсию, что способствует эффективной работе паровой турбины.

Эта технология помогает продлевать рабочее время, либо обогревать помещения и давать электричество в вечернее время.

Подобные технологии используются в солнечном парке имени Мохаммеда ибн Рашида Аль Мактума — самая крупной в мире сети солнечных электростанций, объединенных в едином пространстве в Дубаи.

Проточные редокс-системы

Проточные батареи представляют собой огромный контейнер с электролитом, который пропускается через мембрану и создает электрический заряд. Электролитом может служить ванадий, а также растворы цинка, хлора или соленая вода. Они надежны, просты в эксплуатации, у них долгий срок службы.

Пока нет коммерческих проектов, общая установленная мощность — 320 МВт, в основном в рамках исследовательских проектов. Главный плюс — пока единственная технология на батареях с длительной выдачей энергии — более 4 часов. Среди недостатков — громоздкость и отсутствие технологии утилизации, что является общей проблемой для всех батарей.

Немецкая электростанция EWE планирует построить в Германии крупнейшую в мире проточную батарею на 700 МВт/ч в пещерах, где раньше хранили природный газ, сообщает Clean Technica.

Традиционные аккумуляторы

Это батареи, подобные тем, что работают в ноутбуках и смартфонах, только промышленного размера. Tesla поставляет такие батареи для ветряных и солнечных станций, а компания Daimler использует для этого старые автомобильные аккумуляторы.

Термальные хранилища

Современный дом необходимо охлаждать — особенно в регионах с жарким климатом. Термальные хранилища позволяют в течение ночи заморозить хранящуюся к цистернах воду, днем лед тает и охлаждает дом, без использования привычного всем дорогостоящего кондиционера и лишних расходов электроэнергии.

Калифорнийская компания «Ice Energy» разработала несколько подобных проектов. Их идея заключается в том, что лед производится только во время непиковой нагрузки на электросети, а затем, вместо расхода дополнительной электроэнергии, используется лед для охлаждения помещений.

«Ice Energy» сотрудничает с австралийскими фирмами, которые собираются внедрять технологию «ледяного аккумулятора« на рынке. В Австарлии из-за активного солнца развито использование солнечных батарей. Сочетание солнца и льда увеличит общую энергоэффективность и экологичность домов.

Маховик

Супермаховик — это инерционный накопитель. Запасенную в нем кинетическую энергию движения можно преобразовать в электричество с помощью динамо-машины. Когда возникает потребность в электричестве, конструкция вырабатывает электрическую энергию за счет замедления маховика.

Источник

Хранение чистой энергии: самые популярные мировые технологии

Солнечная энергетика в силу своей популярности стремительно набирает обороты. Стоимость киловатта «зеленой» энергии постепенно становится ниже, но значительно ее тормозит отсутствие экономически целесообразной технологии хранения энергии. Генерация чистой энергии из возобновляемых источников является прерывистой и зависит от ряда условий ( в том числе погодных). Для стабилизации энергоснабжения от ВИЭ ученые всего мира упорно трудятся над созданием новых технологий в области энергохранения. На данный момент существуют следующие способы сохранения «зеленой» энергии:

Гидроаккумулирование . Этот метод был описан не раз, и он является наиболее популярным. Заключается этот способ в накоплении воды в специальных резервуарах. Когда нужна электроэнергия, то вода из верхнего резервуара выпускается и вращает турбину. Когда же энергии достаточно, то ее излишек используют с целью закачки воды обратно в верхний резервуар.

Накопление энергии посредством использования сжатого воздуха . Об этом методе мы уже ранее писали более подробно. Если кратко – метод заключается в сжатии воздуха посредством его охлаждения. При недостатке энергии сжатый воздух выпускают в специальный отсек, где он и вращает турбину.

Использование расплавленной соли . Соль, находящаяся в расплавленном состоянии, способна сохранять тепловую энергию достаточно продолжительное время. Ее применяют в работе солнечных тепловых установок. Гелиостаты аккумулируют тепловую энергию и тем самым повышают температуру специальной жидкости, находящейся внутри конструкции. Данная жидкость и есть соль в расплавленном виде. Далее эта жидкость собирается в резервуар. Следующим этапом в процессе является применение парогенератора и расплавленной соли для запуска турбины, которая и генерирует электроэнергию. Неоспоримое преимущество технологии – это возможность соли работать при повышенной температуре (выше 500°С). Такая характеристика материала позволяет повысить продуктивность самой турбины.

Данная технология уже применяется в работе СЭС, объединенных в единую сеть (крупнейшую в мире) в городе Дубаи.

Применение проточных редокс-систем . Под проточными батареями подразумеваются большого размера контейнеры, содержащие электролит. Электричество создается путем пропускания электролита сквозь специальную мембрану. В качестве электролита используют ванадий, цинк, хлор или воду, содержащую определенный процент соли. Такой способ аккумулирования чистой энергии является достаточно несложным в применении, время использования установки долгое.

На данный момент этот способ не имеет коммерческих проектов. Исследовательские технологии предполагают общую мощность 320 мегаватт. Главное преимущество такого способа – длительная выдача энергии (порядка четырех часов). Минус – большие габариты и невозможность безопасной утилизации после отработанного срока.

В планах электростанции EWE из Германии соорудить наибольшую по мировым меркам установку с проточными батареями на 700 мегаватт-часов. Расположить ее хотят в пещере, которая ранее использовалась для хранения природного газа.

Использование традиционных аккумулирующих систем . Данные энергохранилища представляют собой батареи (их прототипы используют для сохранения энергии в мелкой технике: ноутбуках, телефонах и пр.) промышленных размеров. Такой способ сохранения энергии широко используется на ВЭС и СЭС компании Tesla.

Сохранение энергии при помощи термальных хранилищ . Такой способ применяется с целью охлаждения домов без применения кондиционирующего оборудования. В ночное время вода в специальных цистернах переходит с состояние льда, а в дневной зной оттаивает и несет прохладу в жилое помещение. Такой подход позволяет значительно снизить расход электроэнергии в регионах с жарким климатом.

Данная технология активно внедряется компанией «Ice Energy» из Калифорнии. Фирма вводит ледовую технологию на рынке Австралии. Активное солнце позволяет вырабатывать большие объемы электроэнергии от солнца, а термальные хранилища минимизируют энергозатраты на охлаждение жилья в регионе.

Применение маховика . Суть работы супермаховика состоит в накоплении энергии посредством инерции. В электроэнергию преобразовывается кинетическая энергия, накопленная в маховике. Превращение одного вида энергии в другую происходит при помощи динамо-машины. Если необходимо получить электричество, то конструкция замедляет маховик.

Направлений в аккумулировании энергии солнца и ветра достаточно немало. Изобретателям со всего мира есть, где развернуться, чтобы открыть наиболее целесообразный с точки зрения экономики способ. Удешевление и популяризация солнечной энергетики во многом зависит от такого рода технологий.

Источник

Как выгодно хранить энергию от солнечных батарей

Электроэнергия из возобновляемых источников энергии не поступает равномерно. Электроустановки вырабатывают электричество только тогда, когда светит солнце или дует ветер. Накопление производства электроэнергии не должно происходить в периоды повышенного спроса; спрос и предложение совпадают редко. Хранение электроэнергии — это проблема, которая всегда сопровождала фотоэлектрические и ветряные электростанции.

Переменная подача электроэнергии от солнечной или ветряной электростанции

Как хранить электричество дома?

Не всегда дует ветер, не всегда светит солнце — ветряные электростанции в Польше и фотоэлектрические установки вырабатывают столько электроэнергии, сколько в настоящее время дает природа. Накопление спроса потребителей на электроэнергию редко совпадает с пиковыми периодами «предложения» возобновляемой солнечной и ветровой энергии. Как в промышленной, так и в бытовой энергетике проблема заключается в хранении излишков энергии.

Договоренности ЕС обязывают государства-члены все чаще заменять ископаемое топливо возобновляемыми источниками энергии. Системы проэкологической деятельности (белые сертификаты, зеленые сертификаты) поддерживают ветряные электростанции в Польше, а также промышленные фотоэлектрические установки. Белые сертификаты, то есть сертификаты энергоэффективности, действуют на рынке прав собственности, поддерживая энергетическую модернизацию компаний.

Источники энергии, зависящие от погодных условий, для генераторов делают накопление энергии необходимостью. Нужны способы хранения электроэнергии для силовых нагрузок, когда солнце не светит и ветер не дует. Есть разные способы накапливать энергию не только от популярных аккумуляторов.

Накопление электроэнергии — хранение излишков электроэнергии

Островная фотоэлектрическая установка полностью независима от электросети. Невозможно передать излишки или купить недостающее количество. Естественное применение такого типа установки — незастроенные территории без электрических сетей. В Польше сложно найти такие пустыри, и островные солнечные фермы больше подходят для дачи.

Независимо от размера вашей автономной установки, хранение энергии абсолютно необходимо. Солнечные панели работают только при воздействии солнечного света. Ночью выработка электроэнергии прекращается, а в пасмурные дни она близка к нулю. Непрерывность подачи электроэнергии может быть обеспечена только за счет локального хранения избыточной энергии.

Цены на фотоэлектрические батареи высоки, но имеют тенденцию к снижению. Например, Tesla Power Wall стоит более 26 000 злотых, и это не только аккумулятор, но также преобразователь и дополнительные устройства.

Выбор батареи для фотоэлектрической установки

Аккумуляторные батареи имеют особый режим работы. Они редко остаются полностью заряженными и в то же время работают циклически. Сроки подзарядки зависят от погодных условий и интервалы между ними могут составлять несколько дней.

Чтобы продлить срок службы аккумулятора, необходимо учитывать большой запас емкости. Это позволит избежать сильного разряда. Изменчивость интенсивности солнечного излучения требует учета соответствующего запаса энергии для покрытия текущего спроса.

Хранение энергии в сетевых установках

Избыточная энергия, не используемая для текущих нужд, поступающая от фотоэлектрических систем, может храниться в сети в сетевой системе. Соглашение с энергокомпанией позволяет передавать излишки и собирать их из сети в течение расчетного периода продолжительностью 12 месяцев. Можно сказать, что КПД такого хранилища составляет 80%, потому что именно столько энергии можно собрать.

Это выгодное расположение, и его единственным недостатком является необходимость наличия поблизости электрической сети. Лучшие аккумуляторы имеют КПД более 90%, но их емкости хватает всего на два-три дня. Полная энергетическая независимость в автономной системе привлекательна, и фотоэлектрические батареи, безусловно, останутся на рынке

Источник