Холодильник для хранения электроэнергии
Неравномерность производства электроэнергии из возобновляемых источников — одна из основных проблем, которые сдерживают рост ветровых и солнечных электростанций. Ветер дует не всегда, солнце не светит ночью, поэтому энергию, которую вырабатывают эти системы, нужно эффективно хранить, чтобы использовать при необходимости. Одно из решений — криоэнергетика. Подробнее о том, как это работает, рассказала «Энергия Северо-Запада».
Ледяная энергия
Криоэнергетика — это аккумулирование избыточной энергии при помощи сжижения воздуха в холодильных установках. Установка и принцип ее работы просты. Чтобы аккумулировать излишек энергии, воздух охлаждают до температуры −196 ºС. Так он превращается в жидкую смесь азота и кислорода, которую закачивают в резервуар. В нем жидкий воздух под атмосферным давлением хранится около недели. В периоды повышенного спроса, когда прямая выработка существующих источников энергии не может удовлетворить потребности городской электросети, жидкий воздух из хранилища поступает в испаритель, расширяется в 700 раз, приводит в действие турбину и вырабатывает электроэнергию.
От слов — к делу
Концепция накопления энергии с помощью жидкого воздуха была впервые предложена в 1977 году, а экспериментально исследована несколько лет спустя компаниями Mitsubishi Heavy Industries и Hitachi. Однако первая в мире установка по хранению энергии на жидком воздухе была спроектирована и построена в Великобритании силами предприятия Highview Power и Университета Лидса.
В 2010 году разработчики Highview Power опробовали технологию в промышленной зоне в Слау: там была запущена 350-киловаттная криогенная аккумулирующая электростанция с емкостью хранилища 2,5 МВт·ч. Пилотная система работала до 2014 года, после чего ее переместили в Центр криогенного накопления энергии при Бирмингемском университете для дальнейшего исследования и разработок.
Источник изображения: techinsider.ru
Источник изображения: techinsider.ru
Весной 2018 года был запущен промышленный криогенный накопитель энергии на жидком воздухе емкостью 15 МВтч и мощностью 5 МВт, разработанный совместно с компанией Viridor. Установка, расположенная под Манчестером рядом с полигоном твёрдых бытовых отходов, подключена к энергосистеме Великобритании и оказывает Системному оператору услуги по поддержанию мощности.
В ноябре 2022 года компания Highview Power объявила о намерении привлечь 400 млн фунтов стерлингов на строительство установки для хранения жидкого воздуха в коммерческих масштабах. Компания планирует возвести электростанцию в Каррингтоне мощностью 30 МВт, которая может вырабатывать 300 МВтч электроэнергии, что достаточно для обеспечения энергией 600 000 объектов в течение часа.
Криогенные накопители интересуют США: в 2019 году Фонд чистой энергии Министерства торговли штата Вашингтон объявил, что предоставит грант, чтобы помочь партнеру Tacoma Power с Praxair построить завод по хранению энергии в жидком воздухе мощностью 15 МВт/450 МВтч. В 2022 году в СМИ появилась информация, что казахстанская компания «Тянь-Шань Engineering» ищет инвесторов для строительства опытно-промышленной криогенной энергостанции.
На 2023 год самой распространенной системой промышленного накопления энергии являются гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС). В этой системе избыточная энергия используется для перекачивания воды из нижнего бассейна в резервуар на высоте — верхний бьеф. Когда необходимо, вода сбрасывается из этого резервуара вниз и, вращая турбину, вырабатывает электроэнергию.
Загорская ГАЭС — крупнейшая в России. Источник изображения: bigpowernews.ru
Хотя ГАЭС более энергоэффективны, чем криогенные накопители, они дороже в строительстве и эксплуатации и требуют ландшафта с большим перепадом высот. В отличие от ГАЭС, криогенные хранилища энергии не имеют географических или экологических ограничений, это компактные автономные системы, которые можно построить где угодно.
Лучше меньше, да лучше?
Использование криогенных накопителей ограничено из-за низкой эффективности: при нагреве сжиженного воздуха атмосферным воздухом в сеть возвращается лишь около 50 % от той энергии, что ранее ушла на сжижение. Однако использование дополнительного тепла от какого-либо промышленного объекта может повысить КПД до 70 %. Инженеры Highview Power нацелены поднять эффективность новых криогенных хранилищ, основываясь на опыте эксплуатации предыдущих.
Для производства криогенного хранилища не требуются особые редкие элементы или дорогие компоненты. Они служат 30–40 лет — пока еще не постижимый срок для захвативших рынок литий-ионных батарей. Единственным побочным продуктом криогенной системы является холодный воздух, который также можно использовать, например, для охлаждения промышленного оборудования или даже создания более жидкого воздуха. Издание Financial Times, комментируя разработки компании Highview Power, отмечает, что накопители энергии на жидком воздухе, построенные в действительно огромных масштабах, вполне могут быть дешевле по сравнению с батареями. В любом случае криоэнергетика — многообещающая технология для накопления энергии с низкими потерями при хранении, длительным сроком службы и свободная от географических ограничений.