Ось щось, що не дає спати енергетикам вночі: що станеться, коли вітер перестане дути і сонце зайде, але всі все ще заряджатимуть свої електромобілі та вмикатимуть кондиціонери? Це вже не гіпотетична проблема. У той час як країни все більше просуваються до цілей щодо відновлюваної енергії, ми стрімголов біжимо в реальність, яка є одночасно очевидною та напрочуд складною-вітрова та сонячна енергія фантастичні, коли вони працюють, але вони надзвичайно суперечливі, коли вони вам насправді потрібні.
Коротка відповідь на питання, чи може великомасштабне накопичення енергії задовольнити попит: технічно так, але ми ще не готові до цього. І шлях до досягнення цієї мети складніший, ніж це хочеться визнати в більшості програмних документів.
Чому це важливіше, ніж ви думаєте
Більшість людей розуміють, що сонячні панелі не працюють вночі. Менш очевидним є те, наскільки дикою може бути мінливість. Я говорю про тижні-іноді місяці-, коли вітрове виробництво в усій країні може впасти до частки своєї потужності. Погодні моделі не дбають про наші енергетичні потреби, і історичні дані показують деякі досить незручні істини про те, як довго може тривати це затишшя.
Ситуація у Великобританії це чудово ілюструє. Вони зобов’язуються звести до нуля до 2050 року, що означає величезну кількість вітрових турбін і сонячних електростанцій. Але навіть якби ви побудували достатню кількість відновлюваних джерел електроенергії, щоб теоретично подвоїти енергію країни, у вас все одно будуть періоди, коли вироблення не вистачить. Розрив теж не малий. Ми говоримо про потребу накопичувати енергію в таких масштабах, які перевершують будь-що, що зараз працює,-приблизно в тисячу разів більше, ніж те, що можуть забезпечити всі британські насосні гідростанції разом узяті. Це не опечатка.
Отже, які є варіанти для великомасштабного зберігання енергії?
Ось де все стає цікавим, тому що не існує одного магічного рішення. Різні технології зберігання перевершують різні речі, і те, що працює для зберігання енергії протягом кількох годин, зовсім не схоже на те, що вам потрібно для сезонного зберігання.
Акумуляториотримати всі заголовки, і з поважної причини-вони швидко вдосконалюються та чудово працюють для коротко-термінового зберігання. Але ось у чому заковика: батареї коштують дорого, якщо їх збільшити, щоб зберігати електроенергію країни на дні або тижні. Економіка ще не працює для великомасштабного накопичення енергії понад 4-6 годин резервного копіювання. Вони чудово підходять для згладження нерівностей, але менш ефективні для подолання двотижневої ділянки слабкого вітру.
Насосна гідростарий надійний-накачує воду в гору, коли у вас надлишок електроенергії, нехай вона стікає назад через турбіни, коли вам потрібна електроенергія. Це працює, це перевірено, і це відносно ефективно. проблема? Географія. Вам потрібен відповідний тип місцевості з відповідними водоймами, і більшість хороших місць уже зайняті. Будівництво нових насосних ГЕС стикається з різноманітними екологічними та планувальними перешкодами.
Зберігання стисненого повітрязвучить розумно-використайте надлишок електроенергії, щоб стиснути повітря в підземні печери, а потім випустити його для запуску турбін. Але це ніколи не було комерційно поширене. Ефективність -туди й назад невисока, і вам потрібні конкретні геологічні утворення.
Тоді єзберігання водню, що може здатися екзотичним, але, мабуть, є найбільш практичним рішенням для справді великого зберігання енергії протягом тривалого часу. Концепція досить проста: використовуйте надлишок відновлюваної електроенергії, щоб розділити воду на водень і кисень за допомогою електролізу. Зберігайте водень, а потім або спалюйте його на електростанціях, або пропустіть через паливні елементи, коли вам знову знадобиться електроенергія.
Чому водень постійно з’являється в цих розмовах
Те, що накопичує водень, виділяє його не в ефективності-воно насправді досить неефективне порівняно з акумуляторами, втрачаючи, можливо, 60-70% енергії в зворотному напрямку. Але ефективність - це ще не все. Що має значення для великомасштабного зберігання енергії, так це вартість одиниці накопичувальної ємності, і саме тут водень у соляних печерах стає переконливим.
Для цього чудові соляні печери. Ви можете-розчинити їх (загалом розчиніть сіль у воді), і вони природним чином закриті та стабільні. Що ще важливіше, вони величезні. В одній печері може зберігатися достатньо водню для виробництва гігават-годин електроенергії. І такі місця, як Великобританія-разом із багатьма іншими країнами-мають значні поклади солі під землею, які могли б вмістити ту величезну ємність для зберігання, про яку ми говоримо.
Економіка теж працює інакше. З акумуляторами ваші витрати зростають приблизно лінійно з ємністю-подвоїти обсяг пам’яті, подвоїти ціну. З воднем у соляних печерах дорогою частиною є обладнання для електролізу та паливні елементи (або електростанції) для перетворення назад на електрику. Саме сховище? Відносно дешево за одиницю після того, як ви розкопаєте печеру. Це робить його унікальним для зберігання великої кількості енергії, яка може залишатися там місяцями, перш ніж вона вам знадобиться.
Проблема часу, про яку ніхто не любить говорити
Ось де політичні амбіції стикаються з фізичною реальністю: створення цієї інфраструктури потребує часу. Багато часу. Видобуток соляної печери – це не те, що ви робите на вихідних. Ми говоримо про роки для однієї печери, а їх потрібно багато. Установки для електролізу водню, трубопроводи, обладнання для виробництва електроенергії-все це потребує не лише грошей, а й збільшених термінів будівництва.
Якщо Велика Британія (або будь-яка інша країна) серйозно хоче, щоб великомасштабне сховище енергії було готове, коли воно їм знадобиться, будівництво має початися більш-менш зараз. Не через п'ять років після чергового етапу ТЕО, а зараз. Прірва між «нам, ймовірно, варто подумати про це» і «нам відчайдушно потрібна ця операція» зникає швидше, ніж люди усвідомлюють.
Чи зможе він справді впоратися з попитом?
Повертаючись до початкового питання: теоретично великомасштабні системи накопичення енергії можуть задовольнити попит, але лише якщо ми вчасно створимо їх достатню кількість і належним чином поєднаємо різні технології. Вам потрібні батареї для годин--балансування, можливо, якась насосна гідрогенерація, якщо доступна, і велике сховище водню для тих тривалих періодів низької відновлюваної генерації.
Справжнім обмеженням є не технології,-а сила волі та інвестиції. Системи, які нам потрібні, є технічно здійсненними, але вимагають зобов’язань і витрат зараз для отримання переваг, які багатьом людям здаються абстрактними. Воднева інфраструктура не створює захоплюючих прес-релізів, як це робить нова сонячна електростанція, хоча вона настільки ж важлива.
Є також питання про те, як створити ринкові механізми, які стимулюють створення сховищ, які можуть простоювати більшу частину часу. Традиційні ринки електроенергії не були розроблені для такої вимоги гнучкості. Хтось повинен платити за створення та підтримку величезних резервів зберігання навіть у роки, коли погодні умови сприятливі, і ви майже не використовуєте їх.
Що має статися
Для того, щоб великомасштабне накопичення енергії справді відповідало попиту під час переходу на відновлювані джерела енергії, потрібно узгодити кілька речей. Інвестиційні системи мають визнавати цінність пам’яті, яка рідко використовується, але надзвичайно важлива-як-от страхування, яке ви сподіваєтеся ніколи не вимагати. Дозволи на планування та екологічні оцінки мають рухатися швидше, не жертвуючи належним наглядом. І, чесно кажучи, громадськість має розуміти, що «майбутнє чистої енергії» включає в себе багато інфраструктури, яка не є гламурною, але є абсолютно необхідною.
Альтернатива не приваблива. Без відповідного великомасштабного накопичувача енергії ви залишитеся з резервним джерелом викопного палива, що перешкоджає меті, або погоджуєтеся на періодичні відключення електроенергії, коли відновлювані джерела енергії не можуть задовольнити попит, чого ніхто не хоче. Або ви масово перенарощуєте потужності відновлюваних джерел енергії до такого рівня, що рідко стикаєтеся з нестачею,-але це економічно марнотратно та-інтенсивно.
Зберігання — не найпривабливіша тема в енергетичній політиці, але вона може бути найважливішою, якій ми не приділяємо достатньо уваги. Чи здатне великомасштабне сховище енергії задовольнити попит, залежить не стільки від технічних можливостей, скільки від того, чи готові ми створити його в необхідному масштабі, перш ніж воно нам дійсно знадобиться. І це вікно закривається швидше, ніж більшість людей усвідомлюють.