Китай включил крупнейшую в мире проточную батарею — недорогое хранилище энергии, в котором вообще не используется литий. Это самая большая в мире и, что важнее, самая эффективная система хранения энергии на чистом сжатом воздухе. Она уже работает и подключена к электросети на севере-востоке страны. К 2030 году Китай планирует хранить почти четверть своей избыточной энергии в виде сжатого воздуха. Это может быть куда дешевле в перспективе сотен лет, не говоря уже об отсутствии токсичных материалов. На протяжении десятилетий мировые ученые искали недорогие методы хранения избыточной электроэнергии, вырабатываемой в непиковое время — чтобы потом её можно было удобно использовать в час пик. Такой энергии невероятно много, и это на самом деле гигантская проблема. Например, в Британии для её хранения используют целое озеро. Когда энергии избыток, они закачивают воду вверх, а когда недостаток, ей позволяют сливаться вниз, вращая турбины.
Dinorwig Power Station — Самый большой аккумулятор в Британии
Но не у каждого государства есть такие удобные озёра с плотинами. К тому же такое гидроаккумулирование — накопление кинетической энергии за счет перекачки воды в более высокое место — имеет КПД 70-80%. Неплохо, но потери всё равно исчисляются миллиардами долларов в год.
Другой метод — накопление запасов в традиционных батареях. Например, литий-ионных. Они обеспечивают самую высокую энергоэффективность — более 90% — но они дорогие. Также возникают проблемы с токсичностью используемых материалов и пожароопасностью такой гигантской конструкции.
Поэтому Китай сейчас решил пойти по другому пути. Он ускоряет разработку своих проектов по хранению энергии на сжатом воздухе (CAES), чтобы оптимизировать производительность своей энергосистемы и попытаться двигаться в более экологичном направлении.
Первый в стране национальный проект CAES мощностью 100 МВт, который рекламируется как самый крупный и эффективный в мире, 30 сентября был подключен к национальной энергосистеме в Чжанцзякоу в провинции Хэнань. Это демонстрационный проект, построенный недалеко от Пекина, который в критические моменты будет помогать подпитывать электросеть столицы.
В дополнение к этому началось строительство крупнейшего в мире объекта CAES в соляной пещере, расположенной в округе Тайане в провинции Шаньдун. Его планируется закончить в 2024 году, и мощность там ожидается на уровне 350 МВт. При этом он будет стоить $310 млн (2,23 млрд юаней), что довольно дешево для таких габаритов.
Аналитики считают, что у Китая есть серьезный потенциал для коммерциализации своей технологии CAES, которую некоторые называют самой перспективной в мире. В то же время перед относительно новой методикой хранения энергии стоит немало нормативных и технических препятствий, которые нужно будет попытаться урегулировать.
Карта соляных пещер в Европе. Потенциал у технологии очень большой
Первая в мире установка CAES, электростанция Huntorf, была построена в 1978 году в Германии. Инженеры там придумали использовать избыточную энергию, вырабатываемую в непиковые часы, для охлаждения и сжатия компрессорами воздуха, а затем хранения его в огромной пустой соляной пещере.
В пиковые часы, когда возникает потребность в дополнительной энергии, завод сжигает немного природного газа для нагрева этого сжатого воздуха. В итоге он расширяется и толкает турбины электрогенераторов. Немецкая станция имеет годовую мощность 290 МВт с КПД около 29%.
В 1991 году электростанция McIntosh Power Plant начала работу в штате Алабама в США. Её мощность на сжатом воздухе — 110 МВт, зато КПД намного выше, около 54%. Для расширения воздуха там тоже используется ископаемое топливо, в основном нефть и газ.
В Китае сейчас уже работают девять станций CAES общей мощностью 682,5 МВт. Большинство из них хранят сжатый воздух в контейнерах, специально созданных для этой цели. Согласно недавнему отчету Tianfeng Securities, только две закачивают воздух в соляные пещеры.
Если верить тому же отчету, уже на ближайшее время запланирован запуск девятнадцати дополнительных проектов CAES, общая мощность которых составит 5,38 ГВт. В целом, мощность всех CAES Китая достигнет 6,76 ГВт в 2025 году и 43,15 ГВт в 2030 году. В 2025-м на сжатый воздух будет приходиться 10% всей энергии, хранящейся в Китае, а в 2030-м его доля вырастет до 23%. Если, конечно, всё пойдет по плану.
Один из компрессоров китайской станции
Китайская промышленная ассоциация энергетиков (CIAPS) сообщила в апреле, что в конце 2021 года общая мощность хранения энергии в Китае составила 43,44 ГВт. В одном Китае сейчас хранится больше «излишков» энергии, чем во всём остальном мире. Что на самом деле не хорошо, это показывает неэффективность системы. В идеально спроектированной государственной энергосети излишки энергии были бы равны нулю. На их хранение не пришлось бы тратить ничего лишнего. Но Китаю, пережившему всплеск популяции и огромную волну миграции из западных сельских регионов в восточные развитые города, сейчас приходится сталкиваться с резкими перепадами.
В итоге по всей стране растет количество станций, не вырабатывающих собственную энергию, а собирающих и хранящих чужую. Из них 86,5% приходится на гидроаккумулирующие насосы, 11,8% на аккумуляторные батареи и ещё 1,3% хранят тепловую энергию (нагревают резервуары). На другие технологии, такие как CAES и накопление энергии маховика, сейчас приходится всего 0,4%.
Новый воздушный энергоаккумулятор мощностью 100 МВт в Чжанцзякоу сможет ежегодно сохранять и отдавать дополнительно 132 млн кВтч, в пиковые периоды обеспечивая электроэнергией до 60 000 домохозяйств. По расчётам китайских властей, это сэкономит 42 000 тонн угля и сократит выбросы углекислого газа на 109 000 тонн в год.
При этом большинство аккумуляторов CAES в Китае, говорят, вообще не используют ископаемое топливо для повторного нагрева сжатого воздуха. Вместо этого они каким-то образом сохраняют и повторно используют то тепло, которые выделялось на этапе сжатия воздуха. Что делает их гипер-экологичными и повышает КПД вплоть до 80%. Сами китайцы утверждают, что это «самый экологически чистый» способ сохранения и выработки энергии.
Сунь Сиянг, исследователь из Института энергетических исследований Китайской южной энергосистемы, говорит, что CAES без сжигания топлива имеет «самый большой потенциал», но разработчикам еще нужно решить несколько технических проблем, связанных с центробежными компрессорами, использующимися для сжимания воздуха.
Кроме того, по словам Суна, максимальный КПД и минимальное влияние на окружающую среду возможно только при использовании соляных пещер, которые выступают в роли отличных естественных контейнеров. Во многих странах таких пещер нет, а значит, полных плюсов от CAES они не получат. В самом Китае почти все неиспользуемые соляные пещеры расположены на востоке, в нижнем течении реки Янцзы и в провинции Гуандун. Получается, в других местах придется доплачивать за рытье пещер или создавать огромные контейнеры, способные хранить сжатый воздух.
Пока что инициатива строительства CAES исходит целиком от государства. Деньги вкладывает центральное китайское правительство — хотя в теории эта отрасль может приносить прибыль. Сунь говорит, что частные инвесторы пока неохотно вкладывают средства в этот сектор, потому что правительство еще не обнародовало особенности новой технологии CAES и правила, по которым производится оплата «бонусной» электроэнергии. Если эти два вопроса будут улажены, электростанций, работающих на сжатом воздухе, в ближайшем будущем может стать ещё больше.
Автор: @virtual_explorer
Источник: https://habr.com/
