Основные проблемы энергетики и альтернативной энергетики
Промышленное аккумулирование электроэнергии – давняя мечта энергетиков всего мира. Особенно оно актуально для возобновляемых источников. В самом деле, хорошо, когда ветряк крутится, обеспечивая ближайшие дома светом и теплом. Но что делать в безветрие? Или как заставить работать солнечные батареи ночью? Ученые давно пытаются найти способы хранить энергию, чтобы пользоваться ею в любое время, а не тогда, когда заблагорассудится природе. И, надо сказать, определенных успехов человечество в этом добилось. Придумано большое количество способов, заставляющих электроток «отложить» свое действие. Однако все они непригодны для постоянного надежного хранения, а главное – не столь мощны, как хотелось бы.
Наконец проблема стала столь велика, что ею занялись на высшем уровне. Вице-премьер Аркадий Дворкович поручил «РОСНАНО» и Минэнерго РФ разработать программу по развитию промышленных технологий хранения электроэнергии. Такие технологии смогут компенсировать дефицит электроэнергии в случае аварий, а также сохранять невостребованную выработку ветровых и солнечных электростанций. Проблема в том, что более-менее приемлемых способов в мире пока не найдено. Однако господдержка, конечно, позволит активизировать поиски. Тем более что планируется компенсировать риски инвестиционных проектов в этой области, тем самым стимулируя спрос на внедрение новых накопителей. Использование накопителей позволит создавать экономически эффективные локальные энергосистемы, сгладить пики потребления и создавать рынки торговли электроэнергией для распределенной энергетики. Сейчас работа электростанций подстраивается под потребителей, но во избежание резких пусков и возможных аварий необходим аккумулятор мощностью от 10‑20 МВт, способный полтора-два часа закрывать энергодефицит. Поиск его велся последние 20 лет, но пока необходимый аккумулятор так и не был найден, а те, что уже существуют, слишком дороги и имеют низкий КПД. Сейчас мощность используемых аккумуляторов не превышает 1‑2 МВт. Так, итальянский энергоконцерн Enel осенью 2015 года запустил хранилище электроэнергии при солнечной станции на 10 МВт мощностью 2 МВт-ч.
|
|
|
Наибольший спрос в системах хранения, по прогнозам, будет в странах, активно повышающих долю возобновляемой энергетики в общей генерации (в некоторых странах ее планируется увеличить до 25‑30 %), а также в изолированных энергосистемах, таких, как у государств Азии и Африки. Еще один потенциальный потребитель – Дальний Восток, где возобновляемые источники необходимы в силу удаленности от больших электросетей и активно внедряются, но из‑за нестабильности выработки вынуждены действовать в комплексе с дизельными установками. Кроме того, такие системы будут востребованы и на электротранспорте, где накопители призваны сгладить график потребления.
|
|
|
«Альтернативная энергетика уже завоевала свое место в мире, – говорит глава «РОСНАНО» Анатолий Чубайс. – Ее доля в общем объеме генерации возросла с 1 % до 10 %, и дальше только будет продолжать расти. По мнению экспертов, к 2050 году до 40 % энергобаланса будет составлять альтернативная энергетика. Я считаю, что в ближайшие 5‑15 лет хранение электроэнергии станет коммерчески состоявшейся технологией – и мы перейдем к другой электроэнергетике.
Прорывная технология, которая позволит разделить генерацию и потребление, – это накопление энергии. Такая технология изменит наши дома, потому что в этой ситуации потребитель станет независим от производителя электроэнергии. И это вопрос не 2050, не 2030 года – а гораздо более ранних сроков».
На стратегической сессии «Создание системы государственного стимулирования хранения электроэнергии в Российской Федерации», прошедшей в «Роснано», было отмечено, что глобальный рынок систем накопления электроэнергии находится в шаге от скачкообразного роста – за 10 лет его объем может вырасти в 100 раз. Уже сейчас очевидна тенденция к снижению стоимости производства систем хранения и совершенствование технических решений до уровня, который будет востребован промышленностью на рубеже 2020 года.
|
|
|
Электрохимические накопители
Системы накопления энергии все чаще применяются при создании локальных и магистральных электросетей. Использование накопителей позволяет увеличить надежность и динамическую стабильность электроснабжения, создавать запасы энергии на время перебоев. Системы позволяют сгладить пиковую нагрузку, заряжаясь в незагруженные часы, создавая возможность генераторам работать в оптимальном режиме, потенциально снижая среднюю себестоимость электроэнергии. Кроме того, увеличивая мощность систем накопления, можно избежать увеличения мощностей генераторов, снизить нагрузку на линии электропередач, внедрять в общие электросистемы энергию возобновляемых источников.
Издавна используется такой класс аккумуляторов энергии, как электрохимические аккумуляторы. Электрохимический аккумулятор заряжается (накапливает энергию) путем питания его электрической энергией. В аккумуляторе она преобразуется в энергию химическую. Выдает же электрохимический аккумулятор накопленную энергию снова в виде электрической энергии.
|
|
|
Аккумулятор этого типа имеет два электрода – положительный и отрицательный, погруженные в раствор – электролит. Преобразование химической энергии в электрическую происходит посредством химической реакции. Чтобы дать начало реакции, достаточно замкнуть внешнюю часть электрической цепи аккумулятора. На отрицательном электроде, содержащем восстановитель, в результате химической реакции происходит процесс окисления. Образующиеся при этом свободные электроны переходят по внешнему участку электрической цепи от отрицательного электрода к положительному. Иными словами, между электродами возникает разность потенциалов, создающая электрический ток. При зарядке аккумулятора химическая реакция протекает в обратном направлении.
Электрохимические аккумуляторы получили очень широкое распространение главным образом при запуске двигателей внутреннего сгорания.
В настоящее время больше всего используются сравнительно дешевые свинцово-кислотные аккумуляторы. Однако последнее время на гибридных автомобилях и электромобилях начали применяться мощные литий-ионные аккумуляторы. Помимо меньшего веса и большей удельной емкости, они позволяют практически полностью использовать свою номинальную емкость, считаются более надежными и имеющими больший срок службы. Главным недостатком всех существующих электрохимических аккумуляторов является низкое значение удельной энергии, запасаемой аккумулятором.
1.3.1 Ультрабатарея (Ultrabattery)
Представляет собой гибрид свинцово-кислотного аккумулятора и суперконденсатора. Благодаря суперконденсатору батарея способна быстро отдавать и принимать энергию, сглаживая перепады напряжения. Остальное время батарея работает как обычный аккумулятор. Данная батарея способна пережить миллионы циклов разряда-заряда. КПД составляет от 85 до 90%.
1.3.2 Проточные аккумуляторы (Flow battery)
Являются переходом между аккумулятором и топливным элементом. Две жидкости с растворенными в них химическими элементами (например, цинк и бром) разделены между собой мембраной и принудительно циркулируют в собственных объемах. КПД невысок и составляет 65-70%, но за счет размеров емкостей под электролит и долгого срока службы данный тип аккумуляторов имеет хорошие перспективы.
1.3.3 Суперконденсаторы (ионисторы)
Являются промежуточным звеном между мощными конденсаторами и слабыми электрохимическими аккумуляторами. Они характеризуются большим количеством циклов разряда-заряда с непродолжительным временем заряда по сравнению с химическими аккумуляторами. Их КПД составляет 90-95%.
1.3.4 Электрохимические аккумуляторы
Представляют собой одну или несколько ячеек, в которых происходят обратимые электрохимические процессы, обеспечивающие многократные циклические накопление и отдачу энергии в сеть. Наиболее распространенными являются: свинцово-кислотный, никель-кадмиевый (NiCd), никель-металл-гидрид (NiMH), литий-ионный (Li-Ion), литий-ион полимерный (Li-Ion-Polimer). За последнее десятилетие сделаны значительные успехи в увеличении емкости и количестве циклов заряда-разряда, снижении саморазряда. Инверторы снижают общий КПД на 3-5%, а собственный КПД у новых типов аккумуляторов значительно различается. Для кислотных аккумуляторов КПД составляет 70-80%, Ni-Cd – 70-90%, Ni-MH – 65-80%, серно-натриевых при 3500С – 75-90%, на основе лития – от 60 до 95%. Наиболее эффективными (КПД 99%) и надежными, но в то же время дорогостоящими, сегодня являются литий-железо-фосфатные LiFePO4 аккумуляторы, имеющие наилучшие показатели по количеству циклов заряда-разряда и удельной плотности энергии.
Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 76; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!