Возобновляемой энергетике нужны мощные накопители

Ветрогенераторы и солнечные батареи вырабатывают все больше электроэнергии. Теперь необходимо научиться эффективно хранить ее в промышленных масштабах. Поиск решений идет в разных направлениях. Одно из них — газ.

Будущее возобновляемой энергетики, быстро развивающейся в последнее время повсюду в мире, в значительной мере зависит от решения проблемы, как в индустриальных масштабах накапливать электроэнергию. Ведь пики ее потребления далеко не всегда совпадают с теми периодами, когда светит солнце и дует ветер.

«Задача хранилищ будет состоять в том, чтобы в соответствии с потребностями клиентов выравнивать подачу энергии, полученной из ветра и солнца», — говорит Мартин Клаймайер (Martin Kleimaier), изучающий проблемы аккумуляции энергии в рабочей группе, специально созданной немецким отраслевым объединением электротехнических компаний VDA.

Каким именно технологиям отдадут предпочтение энергетические компании, пока непонятно. «Некоего универсального решения наверняка не будет», — убеждена Клаудия Кунц (Claudia Kunz), эксперт полугосударственного Агентства по возобновляемой энергии. Хотя бы потому, что одни типы накопителей предназначены для краткосрочного, другие — для долгосрочного хранения электроэнергии: «В одних случаях мы говорим о секундах, минутах или самое большее часах. В других — о днях, неделях и даже месяцах».

Поиск решений идет в самых разных направлениях. Так, богатый многолетний опыт накоплен в разных странах в области гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС), сооружаемых, как правило, в гористой или хотя бы холмистой местности. Они, казалось бы, идеально подходят для возобновляемой энергетики. Если ветер и солнце производят излишки энергии, ее используют для того, чтобы закачивать воду из нижнего резервуара в верхний. В тот момент, когда электропотребление начинает расти, воду вновь сбрасывают в нижний резервуар. При этом она приводит в движении турбины, вырабатывающие электричество.

Проблема этой технологии — в низком КПД, коэффициенте полезного действия: в процессе закачивания теряется примерно треть энергии. К тому же в такой густонаселенной стране, как Германия, не так уж много подходящих мест для сооружения новых гидроаккумулирующих электростанций. Те, что уже имеются, обладают суммарной мощностью в 7500 мегаватт. Этого теоретически может хватить для того, чтобы в течение 4-8 часов поддерживать энергоснабжение страны. Но это не вариант на случай, если безветренная погода установится на несколько суток и уж тем более недель.

Большие надежды на «зеленый» метан

Куда более перспективными эксперты считают химические накопители — такие, как горючие газы. Юрген Шмидт (J?rgen Schmidt), научный сотрудник Института ветроэнергетики Общества имени Фраунгофера (IWES) в Касселе, предпочел бы использовать избытки «зеленой» электроэнергии для производства методом электролиза водорода. Однако нигде в мире пока еще не создано пригодной для водорода инфраструктуры, а потому ученый предлагает с помощью простой химической реакции превращать его в метан.

«Преимущество полученного таким образом метана состоит в том, что его, словно добываемый из земли природный газ, можно закачивать в имеющиеся трубопроводные системы и накапливать в обычных подземных газовых хранилищах», — поясняет эксперт. А затем использовать для производства электроэнергии на традиционных газовых электростанциях.

Юрген Шмидт — далеко не единственный специалист, кто сегодня прямо-таки очарован идеей превращения газотранспортных систем в гигантский, широко разветвленный резервуар газа, произведенного при помощи «зеленой» энергии. Тем более, что и сам метан считается экологически весьма чистым энергоносителем. Однако вновь встает проблема низкого КПД. Он составляет пока менее 40 процентов, что делает эту технологию весьма непривлекательной для бизнеса. Поэтому в настоящее время она отрабатывается только на опытных установках.

Пока невозможно ответить на вопрос, сколько именно накопителей электроэнергии потребуется Германии. Тут многое будет зависеть от скорости и масштабов строительства новых магистральных линий электропередач. Чем их будет больше, тем лучше немецкие производители интегрируются в общеевропейскую электросеть. Чем шире окажутся возможности распределять избыточную электроэнергию, тем меньше мощностей понадобится для ее накопления, подчеркивает Вольфрам Вельсов (Wolfram Well?ow), еще один эксперт рабочей группы по аккумуляции энергии в объединении VDA.

Высший приоритет — новые линии электропередачи

Поэтому в настоящий момент он считает высшим приоритетом строительство новых энергомагистралей. А вот с сооружением энергонакопителей можно пока подождать, утверждает Вольфрам Вельсов, ссылаясь на только что опубликованное экспертами VDA исследование. «До тех пор, пока доля возобновляемых источников не достигла 40 процентов производимой в стране электроэнергии, мы прекрасно обойдемся как имеющимися электростанциями, способными гибко реагировать на колебания спроса, так и имеющимися накопителями».

С тезисом про первостепенное значение расширения сетей в принципе согласна и Клаудия Кунц из Агентства по возобновляемой энергии. Но одновременно, указывает она, необходимо форсировать научные разработки в области накопления энергии: «Ученым и конструкторам предстоит еще многое сделать для того, чтобы повысить эффективность этих технологий».

Экологически чистая электроэнергия, произведенная с помощью ветра, солнца, воды и биомассы, обеспечила в 2011 году в Германии уже 20 процентов общенационального потребления. Согласно прогнозам министерства окружающей среды Германии, доля в 40 процентов может быть достигнута между 2020-м и 2030-м годами. Так что острая потребность в промышленных накопителях энергии может возникнуть уже довольно скоро.