Мы на АШ очень любим стебаться над зеленой энергетикой. И одной из ключевых проблем зеленой энергетики является невозможность синхронизации пилы генерации с пилой потребления. Очевидно, что требуется где-то сохранять энергию. И накопителей промышленных объемов электричества на текущий момент не существует. Гидроаккумулирующие электростанции мало где можно построить, тут все сильно зависит от рельефа. А литиевые батарейки от Илона Маска таким решением нельзя считать.
Однако, практически не упоминается тот факт, что и генерацию атомной энергии тоже сложно синхронизировать с пилой потребления. Мы любим говорить, что АЭС дает хорошую ровную мощность для базовой генерации. Но ведь по факту, для синхронизации потребления с генерацией от АЭС, также требуется раскручивать газовые и угольные турбины, тем самым убивая их КПД и экономическую привлекательность.
Фактически, уже сейчас в России, сложно найти место, куда можно воткнуть АЭС на два энергоблока для базовой нагрузки.
Еще менее рассматривается тот факт, что вся энергосистема делается с расчетом на запас от пикового потребления. А среднее потребление в разы меньше. Плюс всегда есть резерв. В результате, имеем мощности, которые в разы перекрывают среднее потребление. То есть все электростанции, что угольные, что газовые строятся с кратным перекрыванием по мощности, от среднего потребления. Что, несомненно, является дополнительным фактором снижения рентабельности и фондоотдачи всей энергосистемы.
Ну и при всем при этом, что газовые, что угольные турбины (не говоря уже про атомные энергоблоки) крайне статичны, и им сложно поменять мощность (в 2 раза мощность меняется за 4-6 часов). А скачки потребления в сети случаются регулярно и довольно резко (в 2 раза за полчаса – обычное дело). И как правило их компенсируют на ГЭС (способна удвоить мощность за 6-10 мин), для чего энергетикам приходится держать раскрученные турбины.
Это типичные проблемы обычной энергетики, никакой не альтернативной. Понятно, что если иметь универсальные накопители энергии, то можно было бы перейти на атомные энергоблоки, а для компенсации пилы энергопотребления уже использовать накопители. В периоды пикового потребления накопители отдают энергию, в периоды минимального потребления накапливают. Собственно, тем самым сократили бы воздействие на среду, плюс не стояла бы так сильно актуально проблема с исчерпанием энергии.
Из существующих вариантов накопления энергии все имеют изъяны: гидро - с местоположением, батарейки маска - проблемы с литием, высокой стоимостью и ограниченным количеством циклов рекуперации, маховики - никому не удалось создать дешёвый, но безопасный.
Наличие аккумуляторов энергии, которые могли бы запасать энергию в объеме 0,5…10 ГВт·ч кардинальным образом изменило бы мировую энергетику. Собственно, ровно такой проект и разрабатывается в Новосибирском Технопарке (филиале Сколково) компанией Энергозапас. .
«Энергозапас» — единственная в России компания, которая разрабатывает твердотельные аккумулирующие электростанции (ТАЭС) для промышленного накопления электроэнергии. Это гравитационный накопитель энергии, принцип работы которого основан на потреблении электроэнергии для поднятия грузов на высоту нескольких сотен метров и ее выработке при опускании грузов под действием силы тяжести. В отличии от гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС), ТАЭС не требуется источника воды и перепада высот.
Компания «Энергозапас» построила прототип станции и проектирует опытно-промышленную ТАЭС, которую планирует запустить в эксплуатацию в 2026 году. Технология позволяет создавать промышленные накопители емкостью от 300 МВт·ч.
Принцип работы ТАЭС аналогичен принципу работы гидроаккумулирующих электростанций:
- потребляет электроэнергию при поднятии грузов на высоту до трёхсот метров,
- вырабатывает электроэнергию при опускании грузов под действием силы тяжести.
Lifted Weight Storage operational principle
Удельные капитальные затраты (CAPEX) с ростом ёмкости падают быстрее, а с ростом мощности медленнее, и становятся экономически оправданными, начиная со значений ёмкости 300 МВт·ч. Срок службы накопителя планируется 50 лет
-
Технические преимущества ТАЭС перед ГАЭС
-
Можно построить на любой равнинной местности
-
Экологически безопасная эксплуатация
-
КПД цикла не менее 80%
-
Автоматизированное возведение
-
Конструкция устойчива к сейсмическим и ветровым нагрузкам
-
Отсутствует техногенная угроза за пределами ТАЭС
-
-
Пока в России только одна гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС), а мест, где можно их построить, как и ГЭС — ограниченное количество. Но есть, например, атомная энергетика. Атомная электростанция вырабатывает всегда одну и ту же мощность. Если она попробует вырабатывать как-то по-другому, она рискует стать Чернобылем. Солнца и ветра в России никогда не будет много, но локально они есть: Крым, Горный Алтай и так далее. А там вы вырабатываете как повезёт, сейчас дует, потом не дует.
А потребляете вы так, как потребляете — днем больше, ночью меньше. Эта проблема одна из самых важных для электроэнергетики.
По сути, компания Энергозапас предлагает «дом» с подъемниками. Они придумали, как дешево построить небоскреб 300 метров высотой с диаметром 0,5 км. В этом «доме» тысячи мегаваттных электромашин работают на подъем с грузами, как двигатели, а на спуск — как генераторы.
Если дать энергосистеме подобные промышленные накопители элетроэнергии, то на ближайшие десятилетия в России не потребуется строить новых электростанций. Для удовлетворения промышленности и граждан будет достаточно существующих мощностей, так как они многократно перекрывают потребности.
Более того, несмотря на дороговизну постройки такого накопителя, срок эксплуатации у него может превышать сотню лет. У железобетона именно такие сроки полезного использования.
Ну и конечно ключевое: атомные станции плюс подобные накопители полностью закрывают все проблемы с выбросами СО2, про которые все сейчас любят говорить. Атомная энергетика в условиях замкнутого ядерного цикла с подобными накопителями энергии способна закрыть мировые потребности в энергетике на ближайшие столетия минимум (а по факту больше).
Тут, правда, стоить уточнить, что технологии ЗЯТЦ плохо масштабируются. Ограничения с распространением из-за колоссальных требований к безопасности. Да и руки должны быть не из …опы у тех, кто обеспечивает работу таких станций. А вот с этим в подавляющем большинстве стран проблема.
Конечно, небольшая инновационная компания из Академгородка не стала бы в одиночку замахиваться на такую задачу. На первом этапе помощь была оказана со стороны структур РОСНАНО, позже был получен грант от НТИ на проведение основных НИОКРов. А на стадии создания первых прототипов целого семейства строительных роботов к финансированию коллектива подключилась компания РУСГИДРО.
Первым инвестором выступила дочерняя структура Роснано ФИОП, Фонд инфраструктурных и образовательных программ. Они помогли построить 20-ти метровый прототип в Новосибирске. Второй инвестор, это структура под названием НТИ — Национальная технологическая инициатива, реализатор затей Агентства стратегических инициатив (АСИ). Первичной целью АСИ было определить те отрасли, в которое государство должно вкладывать деньги, чтобы Россия имела шанс стать лидером в них через сколько-то лет.
К плюсам данной технологии еще можно отнести тот факт, что почти все технологии являются уже давно отработанными. В частности, для подъема и опускания грузов двигатели давно и успешно разрабатываются.
Для грузов будет использоваться прессованный грунт, с которой проблем не наблюдается. Металлические конструкции также давно и успешно производят наши металлурги.
Ну и четвертый ключевой компонент - цемент.
То есть, как несложно понять, все технологии давно отработаны, не являются экзотикой вроде батареек Илона Маска. И исходных ресурсов имеется в избытке.
И вот именно тот факт, что КПД выше 80%, а почти все технологии являются отработанными, мне лично проект из Новосибирска представляется реальной перспективой мировой энергетики.
Что подкупает, так это то, что решение по сути является очень простым и понятным даже школьнику.
С точки зрения фундаментальной физики проект ТАЭС «откровенно примитивен», вообще делать нечего… Но в плане строительной и машиностроительной инженерии это один из самых амбиционных проектов России.
Update: Видео робота строителя
Комментарии
Добавлю. Допустим, со ста метров эта фиговина опускается за 27 секунд. Тогда развиваемая мощность 1 киловатт. Чтобы сравняться одним блоком АЭС, надо иметь миллион таких фиговин. Что-то многовато.
Вот !!! Вы абсолютно точно ткнули туда, где больнее. А если еще учесть, что пик повышенная нагрузка длится по времени более чем 27 сек (и даже более чем 100*27 раз), что выходит еще кислее. Надеюсь ув. brekotin примерит ваш расчет к своим словам о масштабируемости поекта.
Да, вы правы, это как-то не подумалось. Чтобы установка работала один час, потребуется примерно двести миллионов блоков по сто тонн, ну и соответствующее количество электромоторов, редукторов, тросов, генераторов, кабеля и прочей электроаппаратуры.
А зачем ее "ронять"? Она может опускаться и подниматься с любой, достаточно малой скоростью". Редуктор не сегодня изобретен.
Можно и медленно опускать. Но тогда и выдаваемая мощность будет гораздо меньше.
Не гораздо, а только на потери в редукторе. Это буквально несколько процентов. Скорость на самом деле практически не важна. В любом случае генератор будет крутиться через какой-то редуктор. И какие будут заданы соотношения скорости входного и выходного устройства - чисто дело техники.
Есть поднятый груз.
У него есть потенциальная энергия.
Он опускается вниз, преобразуя свою потенциальную энергию через ряд преобразований в электрическую.
При опускании груза выделяется работа.
Она будет одинакова при любой скорости опускания груза.
Но работа это произведение мощности на время.
Поэтому если груз опускается в два раза медленнее, чем в сравниваемом варианте, то он будет вырабатывать в два раза меньше мощность, правда, в два раза дольше (ибо работа одинакова).
Это идеально, без потерь в редукторах и генераторах.
Физика за 7-й класс.
Чем быстрее опускаем, тем больше мощность на выходе. Если грубо, то мы 1 час поднимаем 100 тонн на высоту 100 м и используем мотор мощностью 27 кВт. Что бы при спуске получить 1 МВт надо все это ляпнуть обратно в 40 раз быстрее - примерно за полторы минуты (а не за 27 сек как подсчитали).
Увеличивая/уменьшая время спуска мы и мощность разную на выходе получим.
Вы поднимаете через редуктор. И опускаете через редуктор. Вы и не поднимите за секунды, и сбрасывать не надо, а должно давить вниз для передачи энергии гравитации в механическое движение (обычно вращение вала генератора). Собственно на ГЭС вода выполняет то же действие, раскручивая лопасти турбины.
Скорость подъема и опускания не важны. Легко регулируются редуктором для получения необходимой на валу генератора при спуске и на валу электромотора при подъеме. Важна на самом деле масса и на какую высоту ее подняли (сколько энергии на подъем потратили). Именно от нее зависит сколько энергии вы накопите и получите при спуске.
P.S. Для понимания работы редуктора вспоминаем устройства звездочек на велосипеде. Ну, или КПП в автомобиле.
Вам при опускании надо получать ту же приблизительно мощность, что и при подъеме. Вам не надо поднимать всю ночь, а потом всю энергию высвободить за 1 минуту. Тут совсем другая задача.
Поднимаете всю ночь и опускаете все день. Сколько потратили на подъем, так, с учетом КПД системы, и получили при спуске.
Еще раз. Подобная система не ставит задачей "выплеснуть" мгновенно все энергию, накопленную за долгое время.
Да ради бога ... Берем 18 часов на заряд, 6 на разряд. Высота 300м. КПД 100% (бг-г-г-г-г)
Поднятие 1 тонны тратим 45,37 Вт/с в течении 18 часов. При опускании имеем на выходе 136,11 Вт/с в течении 6 часов. Смасштабируйте сами на 1 блок АЭС (1 ГВт).
Почему вы хотите получить 1 ГВТ (1 000 000 000 Ватт если что) за 6 часов если потратили 4 600 Ватт (просто 4600 без нулей дополнительных) за 18 часов?
Задача. потратили 100 000 Ватт за 12 часов, с учетом КПД получили 70 000 Ватт за следующие 12 часов. Тогда и таких нелепых расчетов времени не будет.
UPD. Упс, как-то поменялся комментарий, на который я отвечал.
Да не хочу я 1 ГВт из 4 600 Ватт. Сколько вложишь, столько и получишь (ну минус потери). Просто для оценки размеров, веса и объема беру 1 ГВт мощности и фигею.
Да, чуток по другому сформулировал условия.
Просто для сравнения. Саяно-Шушенская ГЭС. Перепад высот 200 м. 10 турбин по 640 МВт каждая. Расход воды - 340 м3 на одну турбину каждую секунду. Сами считайте вес воды для выработки 1 ГВт. А потом подумайте как этот вес с поднять тросами на нужную высоту. И какой прочности должна быть конструкция, которая может этот вес выдержать.
ЗЫ - А потом попытайтесь прикинуть кол-во вот таких конструкций для регуляции по всей стране.
ЗЗЫ - тут вон вспоминаю как в сентябре 2017 поднимали арку в 11 000 тонн веса на Крымском мосту. А тут вес будет даже не на порядок больше.
Это совершенно отдельный вопрос. Масштабировать конструкцию вполне можно. Вопрос в экономике процессов.
Там где есть возможность поднимать воду, так и поступают. Ее поднимать и спускать конечно удобнее, чем свинцовые чушки в сотни тонн весом.
Но физика процесса принципиально та же. Подняли воду, спустили воду. Туда накачиваем и поднимаем, обратно спускаем и раскручиваем генератор.
Туда преодолеваем притяжение земли, обратно его в электроэнергию преобразовываем.
АЭС - это не ВИЭ, ее полностью замещать не требуется.
Есть такая идея
https://youtu.be/KMRg4_ZbqYQ
Вроде как раз наоборот. Именно ЗЯТЦ решает проблему с распространением плутония.
С неподдельным интересом будем ждать.
ну 10 тонн плутония в реакторе то фигня конечно. Всего то 2000 грязных бомб может получится.
Там не тот плутоний.
ок. с БН-800 нет. подправлю спасибо. Но грязные бомбы все равно получатся. Это остается, просто убрать Плутоний.
Не совсем тот, но за неимением гербовой, можно и на простой.
Ну, вот тут с примерно 14 мин по 16 мин.
https://www.youtube.com/watch?v=_BeenzZRmZk
Почему башня, а не шахта? Дешевле?
Нет, подземное всегда дороже. Тот же ж/б стакан, но плюсом земляные работы.
Скорее всего да. И башню не будет подтапливать, как шахту.
вроде как они считали - башня дешевле.
Не совсем понял …. Это конструкция высотой 300 метров ? Не дофига ?
:)
думаете надо с километр?
Думаю это сооружение высотой с Эйфеливую башню имеет хорошую парусности.)
Для компактности лучше всего грузы из металлолома: сталь, свинец, обеднённый уран. Всё таки, даже прессованный большей плотности.
Иридий, платина и золото смотрят на предложенные Вами варианты, как на говно.
зачем? тут вопрос в том что фундамент копаешь и сразу грузы делать. Плюс все одинаковые и одинакового веса.
Можно столб высотой повыше сделать для тяжести.
Экономически можно посчитать варианты с разными грузами, в т.ч. земляные работы или приём ж/б лома, например. Ещё срок службы тросов, подшипников блоков и т.д. Думаю, всяко выгодней литиевых/натриевых батарей - для них мобильный сегмент целесообразней.
Если по результатам экспериментального использования первой станции КПД будет подтвержден на уровне выше 80% - то это реальный прорыв в энергетике.
Текущая эффективность накопителей на батареях - не превышает 94%. При этом они очень дорогие и непростые в эксплуатации. Решения на японских батареях имеют кпд около 84%. Срок службы батарей зависит от алгоритмов эксплуатации и составляет от 5 до 20 лет.
Эксплуатация любых генераторов - и на ТЭС тоже - сможет быть оптимизирована. Как правило турбины выдают максимальный кпд в узком диапазоне выработки. Наличие накопителя позволит постоянно работать в оптимальном режиме, продляя срок службы турбины и максимизируя ее кпд. Такие накопители можно будет возводить вблизи электростанций, тем самым избегая строительства ЛЭП до мест возможного размещения ГАЭС. Решение можно масштабировать фактически везде.
Для АЭС это решение может дать мощнейший импульс.
Оптимизация резервных мощностей - огромная проблема, которая теперь частично решается. Сезонная цикличность потребления, правда, всё ещё останется проблемой, но суточная цикличность вполне может быть решена.
Безопасно, экологично, эффективно. Прорывное решение с безграничным потенциалом масштабирования.
У АЭС и парогазовых ТЭС нет проблем с сезонной цикличностью, есть проблемы именно с краткосрочной.
Проблем с сезонной цикличностью у них нет. Есть проблема с сезонным простоем резервных мощностей в низкие сезоны.
Эта проблема давно решена путем проведения плановых ремонтов в "низкие сезоны"
"Это правильный ответ" (С)
Часы-ходики с кукушкой увеличенные в Х раз я поостерегся называть революцией в энергетике.
Индусы в 2018 такую штуку сделали , что-то восторгов за 3 года особо не слышно
http://www.mka.ru/categories/91/8658/
Ну и то что филиал Сколоково, для знающих о многом говорит.
у индусов технология гораздо сложнее и дороже.
индусы там только эксплуатанты,
разработчики США-Швейцария.
Я конечно не эксперт, но пмсм все гравитационки из стадии эксперимента еще не вышли, и перспективы их весьма туманны.
А сабж - обезьянничание с проектов Energy Vault, с целью попила государственных денег. Я повторюсь - Сколково, это как клеймо.
https://energyvault.com/#about-us индусы вроде не вышли.
в превью к статье фото реального действующей макета. метров 20 в высоту. Я внутри был. Сейчас вроде как второй строят.
Ну, модель вертолёта ещё Ломоносов делал. Но что-то не сложилось...
Чот как-то... Представьте себе Останкинскую башню, которая занимает всю территорию телецентра: королева 12, королева 19, и еще пруд.
Как тебе такое, Илон Маск?
У него фантазии на такое не хватит)
А по периметру башки - вертяки.
🤣🤣🤣 👍
... с лопастями из солнечных панелей )))
А мой комментарий про Ломоносова скрыли...
Вот да. Столько даровой энергии пропадает. А тут её прямо сразу раз, и в накопитель.
Страницы