Прорывная технология
XXI век принёс нам множество новых технологий, полностью меняющих окружающий мир. Какие-то из них просто облегчают нашу жизнь, другие меняют её кардинально. Есть и те, что в скором времени коренным образом изменят всю структуру глобальной мировой экономики. К таким технологиям, по мнению экспертов международной консалтинговой компании McKinsey Global Institute, относятся системы накопления и хранения энергии в больших масштабах.
Специалисты уверены, что хранение и накопление электроэнергии — одна из 12 прорывных технологий человечества нашего времени. За последние годы в сторону развития систем хранения электроэнергии повернулись все крупные развитые страны. Мировые инвестиции в технологии этого типа могут, по примерным оценкам, составить к 2035 году от 500 до 700 млрд долларов.
Согласно прогнозам Международного энергетического агентства, к 2050 году в США, Китае и странах ЕС мощность накопителей энергии может вырасти в два-восемь раз.
Главная проблема производства энергии
Россия в эту энергетическую гонку вступила с некоторым опозданием — и, тем не менее, быстро наращивает темпы и догоняет западных и восточных соседей. В 2017 году Министерство энергетики РФ подготовило концепцию рынка систем хранения энергии в стране. Согласно этой ней, к 2025 году объём данного рынка в России может достигнуть 8 млрд долларов. Это будет приносить нашей экономике около 10 млрд долларов ежегодно.
В стране сейчас активно разрабатываются новые технологии для развития рынка. Где и каким образом можно использовать системы накопления энергии? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно разобраться для начала в главной проблеме промышленного производства энергии.
Проблема эта очевидна: чтобы и простые люди, и предприятия всегда имели безусловный и бесперебойный доступ к электричеству, необходимы резервные мощности, содержание которых обходится очень дорого. Дело в том, что потребление энергии у нас в течение суток, недели и других отрезков времени происходит неравномерно. Днём оно значительно выше, чем ночью, а в пиковые моменты, например, в семь-восемь часов утра — выше, чем в среднем в течение дня.
В периоды пиковой нагрузки необходимо задействовать резервные мощности, иначе не избежать временных отключений. Но на такие «манёвры» не способны, к примеру, атомные электростанции — из соображений безопасности. Они не просто не могут быстро сбрасывать и набирать нагрузку.
Такая возможность есть у двух других основных видов электростанций — тепловых (ТЭС) и гидроэлектростанций (ГЭС). Особенно хорошо приспособлены к неравномерному графику ГЭС, однако они есть не везде — чисто из-за географических особенностей местности. Поэтому основная работа у нас в стране, да и во всём мире, ложится на ТЭС. Которые вынуждены просто «выбрасывать» лишнюю энергию в периоды слабой нагрузки и наращивать мощности в пиковые моменты. Это значительно увеличивает расход ресурсов, на которых они работают — в основном, угля и газа. А вместе с ним растёт и стоимость электричества.
«Законсервированное» солнце
Такого перерасхода энергии легко можно было бы избежать, если б электроэнергию можно было просто собрать и «законсервировать» в те моменты, когда её не нужно много — в первую очередь, конечно, ночью. А в «пики» эта сохранённая энергия легко покроет все потребности без увеличения мощности работы электростанций.
Такую возможность и дают промышленные накопители энергии. Помимо прочего, их использование поможет выровнять график нагрузки на самое дорогое генерирующее оборудование и уменьшить количество потребляемого топлива. А это — отдельный минус в стоимость электричества и плюс в улучшение экологии.
О плюсах для экологии следует упомянуть отдельно. Сейчас по всему миру растёт популярность возобновляемых источников энергии: солнечной, ветряной и так далее. Эти источники не только очень дёшевы, главный их плюс — полное отсутствие вреда для окружающей среды. К тому же, использование солнечных батарей или ветряков возможно в рамках отдельных домашних хозяйств, которые могут быть благодаря им полностью автономны.
Но вот беда: солнце не светит круглые сутки и иногда уходит за тучи, да и ветер не может дуть постоянно. А значит, экологичное существование на возобновляемых источниках энергии невозможно без резервных электростанций — от тех же ТЭС до банальных бензиновых генераторов. Однако необходимость использовать уголь и бензин в хмурую погоду исчезает, когда есть возможность запасти солнечную или ветряную энергию с помощью накопителей.
Использование энергии солнца и ветра — один из основных современных мировых трендов в энергетике. Например, в Германии на долю таких источников приходится более половины всей вырабатываемой в стране мощности.
Отечественные разработки
В России до 2018 года накопление и хранение энергии в промышленных масштабах было возможно только благодаря гидроаккумулирующим электростанциям — ГАЭС. Собственно, и по сей день 99% энергии в стране (а это примерно 132 ГВт) хранится «по старинке». Помимо ГАЭС, хранение энергии возможно в накопителях на сжатом воздухе, сульфидных натриевых и литиевых батареях. Две последние технологии находятся сейчас на стадии развития — но именно их можно считать наиболее перспективными.
Российские учёные из Новосибирска разработали отечественные накопители энергии, в основе которых лежат литий-ионные аккумуляторы. Такие аккумуляторы уже широко используются во всём мире: так, компания Илона Маска «Тесла» построила в Австралии гигантскую литиевую «батарейку», которая обеспечивает резервной электроэнергией целый регион.
Накопители энергии применяются не только в промышленности и быту, но и на транспорте. Так, энергосбытовая компания РУСЭНЕРГОСБЫТ совместно РЖД и «Роснано» разрабатывает сейчас специальные накопители для внедрения на сеть железных дорог страны. «Батареи» на железных дорогах повысят энергоэффективность, снизят затраты благодаря сохранению энергии в «дешёвые» часы и позволят выводить поезда из туннеля при возникновении аварийных ситуаций.
Объём мирового рынка промышленных систем накопления энергии, по данным «Роснано», к 2025 году может вырасти до 80 млрд долларов. Из них при самом оптимистичном развитии событий десятая часть этого рынка (8 млрд долларов) будет принадлежать России.