Инновации года: хранение и транспортировка энергии

Уходящий год был ознаменован бумом инвестиций в системы накопления и хранения энергии: если в 2021 г. глобальные капиталовложения в их строительство составили $9 млрд, то по итогам 2022 г. их объем достиг $18 млрд, согласно данным Международного энергетического агентства (МЭА).

Ключевым фактором инвестиций остается зависимость электростанций на возобновляемых источниках (ВИЭ) от погодных условий, негативно влияющий на надежность энергоснабжения. Например, в США в 2021 г. средняя загрузка ветрогенераторов составила 34%, а солнечных панелей – 24%, тогда как для газовых и угольных электростанций этот показатель достиг 55% и 49% соответственно, согласно данным Управления энергетической информации (EIA).

Наиболее распространенным способом повышения надежности энергоснабжения остается использование литий-ионных аккумуляторов, ключевой слабостью которых является высокий риск перегрева. Исправить этот недостаток можно за счет цинк-бромных аккумуляторов, которые используют химическую реакцию между бромом и цинком для получения электрического тока, а для обеспечения его проводимости – раствор бромида цинка. Так называемые проточные цинк-бромные аккумуляторы применяют жидкий раствор, для хранения которого требуются большие емкости. Иное решение предложил австралийский стартап Gelion, применивший вместо жидкого гелевый раствор бромида цинка, для которого такие емкости не нужны.

Помимо большей компактности, непроточные аккумуляторы – именно так называется новый тип цинк-бромных батарей – отличаются большей эффективностью приема-передачи энергии. Если из проточных аккумуляторов можно извлечь 70% хранящейся энергии, но из непроточных – более 80%. Другим преимуществом является более высокая удельная плотность хранения энергии: у проточных аккумуляторов она составляет от 60 до 85 ватт-часов (Вт*ч) на килограмм, тогда как у непроточных – около 120 Вт*ч на кг. Эти преимущества были продемонстрированы в ходе тестовых испытаний непроточного цинк-бромного аккумулятора от Gelion, которые прошли в 2022 г. на солнечной электростанции в провинции Наварра на севере Испании.

Другая инновация года принадлежит компании RayGen, которая приступила к строительству в австралийском штате Виктории станции концентрированной солнечной энергии, где для ее хранения будет использоваться обыкновенная вода. Электростанция будет расположена на территории в 30 гектар, где в виде полукруга будут размещены зеркала, которые будут направлять солнечный свет на башню-приемник, оснащенную 400 солнечными модулями. Каждый из них сможет вырабатывать 2,5 кВт электрической и 5 кВт тепловой энергии. Тепло, извлекаемое из модулей, будет храниться в виде горячей воды в теплоизолированном резервуаре, а электричество будет использоваться для работы холодильного агрегата, остужающего воду до температуры, близкой к температуре замерзания. Холодная и горячая вода будут использоваться для запуска турбины на основе цикла Ренкина, преобразующей водяной пар в электричество.

Заметной разработкой года стал и проект компании SunCable, предполагающий транспортировку электроэнергии из Австралии в Сингапур. Цепочка поставок будет выглядеть следующим образом. Сначала на севере Австралии будет построена солнечная ферма мощностью от 17 до 20 гигаватт (ГВт), электроэнергия с которой будет транспортироваться по восьмисоткилометровой линии электропередач мощностью 6,4 ГВт до города Дарвин на берегу Индийского океана, где будет расположена площадка преобразователя. Отсюда 0,8 ГВт будут направляться австралийским потребителям, а 5,6 ГВт – транспортироваться по шести подводным кабельным системам протяженностью 4,2 тыс. км. Привлечение средств для проекта должно завершиться в 2023 г.