Сонячні панелі та вітряки забезпечують світ рясною енергією, але створюють і дилему: у сонячні та вітряні дні ці джерела часто виробляють більше електрики, ніж потрібно в даний момент. Натомість уночі чи в безвітряну погоду вони майже не генерують енергії, коли вона найбільше потрібна.
Щоб енергосистема майбутнього повністю базувалася на відновлюваних джерелах, потрібно значно збільшити можливості зберігання енергії. Ви, напевно, чули про великі літій-іонні батареї, які накопичують енергію для подальшого використання. Проте навіть потужні батарейні системи здатні забезпечити резервне живлення максимум на чотири години. Ця проблема спонукає уряд США, дослідників і стартапи розробляти технології довготривалого зберігання енергії, які могли б забезпечити резервне живлення щонайменше на 10 годин, використовуючи, зокрема, резервуари, печери та інші природні структури як “батареї”.
Дослідження підтверджують необхідність нових рішень
Нове дослідження, проведене кількома університетами та національними лабораторіями США і Канади, показує, що широкомасштабне впровадження технологій довготривалого зберігання енергії не лише можливе, але й необхідне для реалізації повного потенціалу відновлюваних джерел енергії. Це також знизить рахунки за електроенергію. Наприклад, в енергетичній системі Західної Інтерконекції (що включає західні штати США, Канаду і частково Мексику) впровадження таких технологій могло б зменшити ціни на електроенергію в години пікового навантаження більш ніж на 70%.
Відомі та нові технології
Технології, здатні зберігати відновлювану енергію на пів доби чи більше, вже існують, і деякі з них успішно працюють. Однією з найпоширеніших є гідроакумулювальні електростанції: коли енергосистема перевантажена, вода закачується у верхній резервуар, а коли енергії не вистачає, вода спускається вниз, обертаючи турбіни і виробляючи електроенергію.
“Батареї на основі літію — важливі, але їх недостатньо, щоб забезпечити енергією на цілий тиждень. Це було б надто дорого,” — зазначив дослідник енергетичних систем з Массачусетського технологічного інституту Мартін Стаадекер.
На 2022 рік у США було 43 гідроакумулювальні станції з загальною потужністю 22 гігавати. Для порівняння, потужність вітряних електростанцій у США становить 150 гігават, а сонячних — 140 гігават. Міністерство енергетики США оцінює, що країна має потенціал для подвоєння потужностей гідроакумулювальних станцій. У 2021 році адміністрація Байдена запустила програму Long Duration Storage Shot, спрямовану на зниження вартості технологій зберігання енергії на 90% протягом 10 років. Минулого року на реалізацію 15 проєктів з довготривалого зберігання енергії було виділено $325 мільйонів.
Силові сховища у надрах
Компанії також розробляють способи зберігання енергії під землею. Наприклад, канадська компанія Hydrostor використовує надлишок відновлюваної енергії для закачування стисненого повітря у підземні печери, заповнені водою. Ця вода потім піднімається в резервуари, а коли потрібна електроенергія, вода повертається у печери, витісняючи повітря, яке обертає турбіни.
“Ми створюємо підземний поршень із води,” — пояснює президент компанії Hydrostor Джон Норман. Для створення таких печер використовуються технології, розроблені у нафтогазовій промисловості.
Економія на інфраструктурі
Без належних технологій зберігання, у випадках нестачі відновлюваної енергії регіони змушені імпортувати її через далекі лінії електропередач, що є дорогим і складним процесом. Дослідження показало, що для досягнення нульових викидів у Західній Інтерконекції потрібно $83–130 мільярдів на впровадження технологій довготривалого зберігання, залежно від темпів зниження вартості технологій.
“Маючи гнучкість у вигляді резервуарів електроенергії, ми можемо зменшити потребу у дорогих лініях передачі на далекі відстані та підвищити стійкість системи,” — зазначив Кевін Шнайдер, інженер з лабораторії у Тихоокеанському північно-західному регіоні.
Майбутнє енергосистеми
Енергомережа майбутнього поєднуватиме як гігантські батарейні сховища, так і природні сховища у вигляді ландшафтів. Відновлювана енергія, що генерується вітром і сонцем, більше не буде втрачатися даремно.
