Тем не менее рост объемов нестабильной генерации из возобновляемых источников повышает риск потерь и перегрузок, требуя новых походов. Например, в 2010 г. в Германии были потеряны 127 ГВт · ч электрической энергии, выработанной ветряными электростанциями, на сумму €30 млн из-за «переполненности» сети в результате продолжительного периода ветреной погоды
[187]. Поэтому вопрос «буферных» емкостей для энергосистемы активно разрабатывается в научном и деловом мире.
Можно условно разделить малые (бытовые), используемые в рамках небольших локальных объектов, и крупные (промышленные) системы хранения энергии, служащие энергосистеме в целом. Малые (бытовые) системы хранения энергии в настоящее время переживают бурный рост в связи с резким уменьшением размера зеленого тарифа в европейских странах, в первую очередь в Германии. В 2004 г. сетевые операторы покупали здесь солнечное электричество у граждан за 57,4 евроцента/кВт · ч, что в разы превышало стоимость электроэнергии «в розетке» и обеспечивало счастливым владельцам солнечных электростанций гарантированный дополнительный заработок. В марте 2015 г. зеленый тариф для новых электростанций был снижен до 12,5 евроцента/кВт · ч. Это более чем в два раза ниже сетевого тарифа. В результате домохозяйствам и прочим малым потребителям, имеющим солнечные электростанции, стало интереснее потреблять производимое ими электричество, а не продавать его. Для увеличения доли собственного потребления вырабатываемой солнечной электроэнергии необходимы «буферные емкости», позволяющие накапливать избыток дневной энергии и отдавать его в темное время суток. С их помощью можно увеличить собственное потребление производимой солнечной электроэнергии до 70 % и даже более (в зависимости от размеров и комбинации электростанции и аккумуляторов).
Бытовые системы
Для домашнего хранения энергии исторически главным образом используются свинцово-кислотные аккумуляторы. С развитием техники все большую рыночную долю завоевывают литийионные аккумуляторы (Li-Ion) и их разновидности, например литийжелезофосфатные (LiFePO4), которые обладают лучшими техническими характеристиками. Их цена выше, но постепенно, по мере развития техники и увеличения объемов производства, снижается. В 2014 г. стоимость литийионных батарей упала на 20 %, в 2015 г. прогнозируется падение цен еще на 15 %
[188]. Кроме того, во многих европейских странах действуют программы льготного кредитования современных систем накопления энергии, стимулирующие их приобретение. К 2018 г. ожидается десятикратный рост мощностей домашних аккумуляторных систем хранения в мире – до 900 МВт, по сравнению с нынешними 90 МВт
[189]. Кстати, автопроизводитель Tesla, строящий «Гигафабрику» по производству аккумуляторов в США, также уже начал продавать системы хранения энергии для домашнего пользования, диверсифицируя таким образом свой бизнес. Широко разрекламированный Powerwall от Tesla представляет собой комплект Li-Ion аккумуляторов в элегантном корпусе, оснащенный системой бесперебойного питания.
Сегодня на европейском рынке популярность завоевывают комплектные системы преобразования и хранения солнечного электричества. Такая система представляет собой единый блок – шкаф размером с небольшой холодильник, в котором размещены Li-Ion аккумуляторы, инвертор, блок бесперебойного питания и система электронного учета электроэнергии. Данные продукты упрощают процессы проектирования и монтажа домашних солнечных электростанций, что также способствует росту их распространения.
Для читателей, желающих запастись энергией впрок, заметим, что используемые в домашних хозяйствах аккумуляторные емкости при сегодняшнем развитии техники не позволяют сохранить энергию «про запас», «запастись на зиму» и т. п. Данная техника предназначена для сглаживания неравномерности инсоляции в течение суток и может быть также использована в качестве стабилизатора сети и источника бесперебойного питания. Емкость стандартных бытовых аккумуляторов, как правило, не превышает суточную потребность домохозяйства в электроэнергии. Создание больших емкостей для хранения энергии («на неделю» и более) в домашних условиях теоретически возможно, но при имеющихся технологиях и их стоимости (более €1000 за киловатт-час емкости) нерационально с экономической точки зрения.
С точки зрения электросетевого хозяйства в целом в условиях широкого распространения малой генерации (в ряде стран, как мы помним, уже действуют миллионы малых солнечных электростанций) бытовые системы накопления энергии весьма полезны – они способствуют стабилизации сети, сглаживают неравномерности нагрузки.
Промышленные системы
В масштабах страновых энергосистем и мира в целом задача создания идеальных (дешевых и эффективных) способов хранения, накопления энергии пока полностью не решена. При этом ведется гигантская научно-исследовательская и экспериментальная работа по поиску соответствующих решений. В разработку систем хранения энергии инвестируют такие известные деятели, как Билл Гейтс и Уоррен Баффетт
[190], а также уже упоминавшийся Илон Маск.
Сжатый воздух (Compressed air energy storage), преобразование избыточной электроэнергии в газ (power-to-gas), криогенные системы накопления энергии (Liquid air energy storage/LAES), супермаховики (Flywheel storage) – разнообразие более или менее экзотических методов накопления энергии велико. Многие из них уже воплощены в опытных или даже промышленно-действующих образцах. Мы не сможем уделить внимание каждому из них и остановимся на наиболее важных.
В ситуации, когда на традиционную неравномерность потребления электроэнергии накладывается нестабильность генерации ВИЭ, требования к резервным и накопительным буферным мощностям существенно возрастают. Напомним, что всякая энергетическая система требует наличия так называемых выравнивающих (резервных) мощностей. Это обусловлено неравномерностью потребления электрической энергии в течение суток. Традиционно роль таких выравнивающих мощностей играют гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) – одно из древнейших средств накопления энергии. Мощности действующих в мире ГАЭС пока многократно превышают любые альтернативные средства хранения энергии вместе взятые. Гидроаккумулирующая электростанция действует по следующему принципу. Имеется два резервуара, находящихся на разной высоте. Во время минимума энергопотребления ГАЭС с помощью полученной из сети (дешевой) электроэнергии перекачивает воду в верхний резервуар. Во время пиков энергопотребления станция, напротив, сбрасывает воду из верхнего резервуара в нижний, вырабатывая (дорогую) электроэнергию. При всей массивности и кажущейся неповоротливости конструкции ГАЭС отличается достаточно быстрым откликом на изменения спроса/предложения в электрической сети, запускаясь в течение нескольких минут.
