Энергоэффективность и хранение энергии

Системы хранения энергииМировой рынок хранения энергии

Повсеместное распространение возобновляемых источников энергии ведет к тому, что проблема сохранения излишков электричества, полученного в часы пикового производства, для использования их затем в часы недостаточной выработки (что особенно актуально для солнечной и ветряной генерации), все более остро встает как в частном, так и в промышленном масштабе.

Так, в первой половине 2017 года штату Калифорния в США пришлось избавиться от 300 тыс магаватт электроэнергии из возобновляемых источников, потому что ее негде было хранить. По данным BNEF, Китай по этой же причине теряет порядка 17% произведенной электроэнергии.

Хранилища энергии промышленного масштаба

По данным доклада IRENA, в настоящий момент уже существует рынок вспомогательных сервисов промышленного масштаба, которые обеспечивают бесперебойную работу энергосистем, и он будет все активнее развиваться. На оптовом уровне появляется все больше конкурентных проектов. Так, в недавнем аукционе властей Великобритании определились победители, готовые обеспечить хранилища электроэнергии объемом от 225 МВт. Американская компания Tesla к декабрю 2017 года построила хранилище энергии объемом 100 МВт в Южной Австралии. Аналогичные проекты развиваются также в Германии.

Автономные энергохранилища необходимы для обеспечения бесперебойных поставок энергии из возобновляемых источников в районах, удаленных от общих сетей, например, на небольших островах или в трудонодоступных местах Крайнего Севера. Ранее подобные локации могли рассчитывать только на электроэнергию, произведенную дизельными генераторами, и были крайне зависимы от внешних поставок топлива.

Домашние системы хранения энергии

С точки зрения развития мировой экономики важным является дальнейшее удешевление домашних систем хранения энергии. По состоянию на конец 2016 года, 55 млн домохозяйств или 275 млн человек использовали электроэнергию от домашних PV-систем или районных микроэлектростанций благодаря значительному снижению цен на солнечную электроэнергию. В Германии за несколько последних лет около 40% всех домашних фотоэлектрических систем было оборудовано блоками для хранения энергии при небольшой финансовой поддержке со стороны государства. В Австралии в 2016 году без какой-либо государственной помощи было установлено около 7 тыс аккумуляторных систем.

Рынок аккумуляторов для хранения энергии достиг объема около 1 ГВт в 2016 году, благодаря благоприятной политике государств и снижению стоимость батарейного оборудования, по данным доклада МЭА по оценке успехов в области внедрения технологий возобновляемой энергетики в мире Tracking Clean Energy Progress 2017.

Автомобильные аккумуляторы

Развитие рынка аккумуляторов также способствует переходу на электрический транспорт.Цена литий-ионного аккумулятора для электромобиля снизилась на 73% с 2010 по 2016 гг, по данным BNEF.

Перспективы мирового рынка хранения энергии

По данным доклада IRENA, стоимость хранения энергии может упасть до 66% к 2030 году и привести к росту установки частных систем хранения в 17 раз. В соответствии с прогнозом New Energy Outlook 2016 (NEO 2016), рынок домашнего хранения энергии имеет потенциал в 250 млрд долларов США, и его экстенсивное развитие в ближайшие годы приведет к значительному снижению стоимости литий-ионных аккумуляторов.

Технологии хранения энергии

Все существующие на данный момент системы хранения энергии дороги для крупных промышленных объемов, поэтому различные производители и государства делают масштабные инвестиции в создание новых способов хранения больших объемов энергии.

Литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы

Литий-ионные аккумуляторы (Li-ion) являются наиболее распространенным типом батарей для различного вида электронных устройств в мире на данный момент. Они используются практически во всех видах техники, в том числе мобильных телефонах, планшетах, ноутбуках, а также электромобилях.

Несмотря на популярность, такие батареи имеют множество недостатков, такие как способность к самовозгоранию, «эффект памяти», быстрая потеря емкость при низких температурах и т.д.

Литий-полимерные (Li-poly) аккумуляторы

Литий-полимерные (Li-poly) аккумуляторы — это усовершенствованная конструкция литий-ионного аккумулятора. В качестве электролита используется полимерный материал. Используется в мобильных телефонах, цифровой технике, радиоуправляемых моделях, а также в портативном электроинструменте и в некоторых современных электромобилях.

Американская компания Ionic Materials первой в мире разработала твердый полимер, способный производить ионы при комнатной температуры, для замены жидкого токсичного и горючего электролита, который используется для производства литий-ионных батарей, что исключает возможность их самовозгорания, при этом также сокращаются затраты на производство.

Хранение энергии в форме водорода

Одно из направлений исследований — преобразование излишков электроэнергии в водородное топливо. Этим проектом, например, занимается инициатива Дон Кихот (Don Quichote) — организация, созданная Европейской Комиссией и рядом европейских компаний. (см. Новые виды топлива). Также это направление активно развивает компания Toyota Motor, вкладываясь в строительство заводов по производству этого вида топлива.

Хранение энергии в форме тепла

Другой тип систем для хранения энергии разрабатывается на основе теоретической концепции профессора физики Стэнфордского университета и нобелевского лауреата Роберта Лафлина. Концепция предполагает, что электричество может храниться в течение нескольких дней или даже недель в виде тепла в расплавленной соли при очень высоких температурах или в виде холода в жидкости, сходной с антифризом, который используется в автомобилях, при экстремально низких температурах. Созданием реального прототипа такой системы занимается инкубатор проектов Google X в рамках проекта Malta.

Хранение энергии с помощью гидроаккумулирующих электростанций

Гидроаккумулирующие, или насосные, электростанции, сохраняют излишки электроэнергии при помощи перекачки воды из более низко расположенного резервуара в расположенных более высоко. Подробнее на странице Гидроэнергетика.

Концепция использования электромобилей как источник и средство хранения энергии — Vehicle-to-grid (V2G)

Концепция Vehicle-to-grid (V2G) рассматривает возможность использования электромобилей и гибридных электромобилей для создания общих электросетей, действующих наподобие виртуальных электростанций.

По статистике, 95% времени любое частное транспортное средство стоит без движения. Разработчики данной концепции предполагают, что аккумулятор электромобиля может заряжаться в часы минимальной нагрузки и отдавать в сеть электричество в часы пиковой нагрузки с поправкой на моменты использования его владельцем по прямому назначению. Водитель сможет таким образом заработать порядка 4000 долларов США в год за счет разницы цен на электроэнергию в разное время суток.

Тестирование подобных проектов начала автомобильная компания Nissan совместно со своими партнерами в мае 2017 года в Италии, а также в январе 2018 года в Японии. Вместе с тем, в Дании уже работает первый в мире полнофункциональный коммерческий V2G хаб.

Автомобиль также можно использовать при проектировании электросетей домохозяйств как средство частного домашнего хранения энергии по аналогии с другими подобными системами, такими как Tesla Powerwall.