Cолнечную энергию и энергию ветра будут хранить в доисторических пещерах, как ?

Электричество, генерируемое ископаемым топливом, становится все более неустойчивым, и переход к возобновляемым источникам энергии - главным образом от солнца и ветра - жизненно важен. Возобновляемое производство уже менее дорогостоящее на единицу, чем его загрязняющие коллеги, но факт, что солнце не всегда сияет, а ветер не всегда дует, является препятствием для серьезного поглощения энергетического сектора.

Энергохранилище могло бы преодолеть эту насущную проблему «прерывистости». Если бы хранилище было доступно по достаточно низкой цене и высокой производительности, возобновляемая энергия быстро вытесняла бы все другие формы генерации.

Энергия уже хранится, конечно, в батареях или других других технологиях. Даже водохранилища могут действовать как огромные запасы энергии. Однако ничто, что существует или находится в разработке, не может хранить энергию, а также дешево, как сжатый воздух.

Концепция кажется простой: вы просто всасываете воздух из атмосферы, сжимаете его с помощью электроприводных компрессоров и храните энергию в виде сжатого воздуха. Когда вам нужна эта энергия, вы просто выпустите воздух и пропустите его через машину, которая потребляет энергию из воздуха и превращает электрический генератор.

Накопление энергии сжатого воздуха (или CAES), чтобы дать ему полное название, может включать хранение воздуха в стальных резервуарах или в гораздо менее дорогостоящих сдерживаниях глубоко под водой. В некоторых случаях воздух под высоким давлением может храниться в подземных пещерах , вырытых непосредственно из твердой породы или образованных в крупных солевых отложениях так называемым «раствором для добычи полезных ископаемых», где вода закачивается и выходит соленая вода. Такие соляные пещеры часто используются для хранения природного газа .

Соляные пещеры идеально подходят для хранения воздуха, поскольку они непроницаемы и не реагируют с кислородом. Мария Аввакумова / shutterstock
Соляные пещеры идеально подходят для хранения воздуха, поскольку они непроницаемы и не реагируют с кислородом. Мария Аввакумова / shutterstock

Сжатый воздух может легко обеспечить требуемый объем хранения, но он по-прежнему недооценивается директивными органами, финансовыми органами и самой энергетической отраслью. Это затормозило развитие технологии и означает, что, скорее всего, будут приняты более дорогие и менее эффективные решения. В настоящее время на пути сжатого воздуха стоят три ключевые проблемы:

1. Это не одна технология

Вышеприведенное описание того, как это работает, является чрезмерным упрощением. CAES - это, по сути, не одна технология, а широкая семья, которая включает в себя оборудование для сжатия, расширительное оборудование, теплообменники, дизайн авиационных магазинов и дизайн тепловых магазинов. Все это требует тщательной инженерии, чтобы получить право.

Эскиз художника предлагаемого завода CAES над заброшенной шахтой известняка в Огайо. Министерство энергетики США
Эскиз художника предлагаемого завода CAES над заброшенной шахтой известняка в Огайо. Министерство энергетики США

2. Лучше для долгосрочного хранения

В настоящий момент ветер и солнечная энергия по-прежнему составляют лишь небольшую часть общего сектора. Поскольку электроэнергия, вырабатываемая из ископаемых видов топлива, может покрывать пасмурные или безветренные дни, возобновляемая энергия часто используется сразу и должна храниться только на короткое время. В этих ситуациях батареи работают достаточно хорошо и могут быть экономически жизнеспособными.

Крупномасштабная декарбонизация потребует от нас хранения энергии в течение более длительных периодов, однако, например, с солнечного дня, чтобы использовать в пасмурный день. CAES особенно подходит для продолжительности хранения от нескольких часов до нескольких дней .

Все доступное хранилище энергии включает преобразование энергии из формы электричества в какую-либо другую форму и хранение ее в этой другой форме. Например, для перекачиваемого гидрохранилища другая форма - это вода, поднятая на большую высоту. Для CAES эта другая форма включает как тепло, так и воздух высокого давления.

Крупнейшая станция хранения в Великобритании находится в Сноудонии, Уэльс. Вода накачивается из низкого уровня в резервуар высокого уровня (см. Здесь) во время пиковых часов, а затем отпускается под гору, чтобы вырабатывать энергию в часы пик. Хефин Оуэн , CC BY-SA
Крупнейшая станция хранения в Великобритании находится в Сноудонии, Уэльс. Вода накачивается из низкого уровня в резервуар высокого уровня (см. Здесь) во время пиковых часов, а затем отпускается под гору, чтобы вырабатывать энергию в часы пик. Хефин Оуэн , CC BY-SA

Для таких систем существуют отдельные затраты на оборудование, которое выполняет преобразование и для самого хранилища. Системы, такие как CAES и pump-hydro, включают относительно дорогое оборудование для преобразования мощности, но очень недорогие положения для хранения энергии. Поэтому эти системы, где небольшие количества энергии могут заполнять очень большие объемы хранения, поэтому очень экономичны для хранения энергии в течение длительного периода времени.

3. CAES длится всю жизнь

Частные инвестиции требуют высокой нормы прибыли. Косвенным следствием этого является то, что инвесторы уменьшают стоимость того, какая полезность может быть оставлена ​​в активе в долгосрочной перспективе.

В большинстве систем CAES затраты сосредоточены в вещах, которые, естественно, имеют очень длительный срок службы. Например, можно ожидать, что каверна, добытая раствором в солевом зале, может работать в течение по меньшей мере 100 лет, в то время как высокомощные машины для сжатия и расширения воздуха обычно могут работать в течение 50 или более лет. С возвращением в течение столь длительного периода времени существует веский аргумент в пользу того, что по крайней мере некоторые крупномасштабные установки для сжатого воздуха следует рассматривать как проекты национальной инфраструктуры, финансируемые правительствами.

Два крупных завода по производству сжатого воздуха были построены несколько десятилетий назад, один в Хунторфе, Германия, а другой в Макинтоше, штат Алабама . Оба они все еще работают очень хорошо. Многие из них ссылаются на эти два завода, чтобы сделать выводы о том, насколько эффективны CAES и сколько или мало они могут стоить.

Но это вводит в заблуждение и бессмысленно. Оба завода были разработаны с очень разными приоритетами от тех, которые актуальны сегодня. Крайне важно, чтобы мы теперь снова подумали о хранении энергии в сжатом воздухе и правильно оценили его в свете того, что можно достичь, используя современные методы и знания.