Хранить энергию в земле

Источник: http://www.sciencedaily.com/releases/2015/11/151124112138.htm

Мы уже размещали на нашем сайте статью об исследовании, выполненном двумя американскими учеными, и утверждающем, что мир может полностью перейти на возобновляемую энергию к 2050 году. В новой работе, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences М.Джекобсон и М.Делуччи используют данные из своего предыдущего исследования для обоснования тезиса о том, что установки утилизации энергии ветра, воды и солнца в сочетании с недорогими системами хранения энергии теоретически могут образовать надежные и доступные национальные энергосистемы, обеспечивающие энергоснабжение даже в периоды пиковых потребностей.

Как сохранить энергию?

Предлагаемая система основана на возможности хранить и извлекать тепло, холод и электричество для того, чтобы удовлетворить потребность в энергии в любое время.

Летнее тепло, собираемое солнечными коллекторами, может сохраняться в почве или в скалах и использоваться для обогрева домов зимой. Избыточная или дешевая электроэнергия может использоваться для того, чтобы делать лед, который послужит для охлаждения в последующем, когда цены на электроэнергию будут высокими.

Избыток электроэнергии может сохраняться в таких накопителях, как гидро-аккумулирующие станции. Коммунальные службы могут также принимать меры по энергосбережению, особенно в периоды пиковых нагрузок.

Предложения Джекобсона включают также использование водорода как средства сохранения энергии: в периоды низкого потребления избыток электроэнергии может использоваться для получения водорода, который впоследствии будет использован в топливных ячейках и двигателях транспортных средств.

Модель Джекобсона предполагает, что во всех странах автомобили, поезда, автобусы, промышленность, обогрев и кондиционирование будут на 100% электрофицированы, причем за счет энергии, получаемой от ветра, воды и солнца.

Не будет потребности в угле, природном газе, биотопливе (которое он тоже не считает нужным использовать), атомной энергии или огромных хранилищах электроэнергии. В таком случае мир к 2050 году может стать на 100% «чистым», как он говорит.

Предыдущая публикация Джекобсона привлекла широкое внимание, но критики утверждали, что национальные энергосистемы без электростанций, работающих на ископаемом топливе, будут ненадежны и не смогут покрыть недостаток энергии в периоды спада ее поступления из альтернативных источников. Ветре дует не всегда и солнце не всегда сияет, а аккумуляторы пока не позволяют хранить объемы энергии, необходимые в масштабах страны.

«Все, кто возражают против использования возобновляемой энергии, всегда говорили, что поступление энергии может прекратиться, энергосистема будет ненадежна и поддержка чистой и надежной энергосистемы, основанной на возобновляемой энергии, будет стоить слишком дорого», говорит Джекобсон. «Скептики никогда не пытались изучить возможности системы, на 100% основанной на чистой, возобновляемой энергии, и, в частности, такой, которая использует водород и недорогие устройства хранения, обеспечивающие поставку энергии в соответствии с запросами.»

Перестроить энергосистемы

В своем новом исследовании Джекобсон вместе с соавторами (Bethany Frew и Mary Cameron) показывает, что сочетание существующих недорогих способов сохранения энергии может решить проблему неравномерного потребления энергии, тепла и холода.

Вся исходная энергия для такой системы может быть получена от ветра, воды и солнца — без использования природного газа, биотоплива или ядерной энергии. В результате резко сократится загрязнение атмосферы, что спасет десятки тысяч жизней каждый год, говорят исследователи. От 60 до 65 тысяч людей ежегодно умирают в Америке в результате загрязнения атмосферного воздуха.

В качестве демонстрации предлагаемых технологий Джекобсон приводит пример поселения Drake Landing в Канаде, недалеко от Калгари. 52 дома в этом поселке зимой обогреваются солнечной энергией, запасаемой в течение лета в подземном хранилище. Вода, нагретая солнцем до 175 градусов по Фаренгейту, хранится в изолированных трубах, погруженных на 120 футов под скалами и землей. Запасенного тепла хватает для обогрева домов поселка в течение зимы.

Drake Landing Solar Community зимой 2010 года.

Электрофицированные нации могут получить целый ряд преимуществ при использовании предлагаемых решений. В то время как стоимость киловатт-часа электроэнергии в предлагаемой системе может быть примерно равна стоимости энергии, получаемой из ископаемого топлива, потребители будут платить примерно на 30 % меньше в силу того, что в новой системе для достижения аналогичного результата будет требоваться меньше энергии, так как эффективность электрических машин превосходит таковую у устройств, основанных на сжигании топлива.

Подземные хранилища энергии дешевле, чем аккумуляторные батареи, утверждает Джекобсон. Некоторые ветровые турбины сейчас останавливают, если нет непосредственной потребности в электроэнергии, потому что стоимость сохранения энергии слишком велика. Использование избытка электроэнергии для производства тепла вместе с использованием солнечных коллекторов для той же цели увеличивает доступность сохраненной энергии.

Широкое использование подземных хранилищ энергии и других типов хранилищ будет стоить гораздо меньше, чем использование аккумуляторов, говорит Джекобсон. Сохранение электроэнергии в аккумуляторах в настоящее время обходится в 350 долларов за киловатт-час, в то время как стоимость сохранения тепла в земле на два порядка ниже. Точно так же использование хранилищ концентрированной солнечной энергии, гидроаккумулирующих электростанций и существующих гидроэлектрических резервуаров обходится в 10 раз дешевле хранения энергии в аккумуляторных батареях.

«Вы уменьшаете загрязнение атмосферы и степень глобального потепления, стабилизируете стоимость топлива, создаете более двух миллионов рабочих мест, вы уменьшаете зависимость от международной торговли топливом и снижаете риск сбоев в энергоснабжении, вызванных терроризмом или техногенными катастрофами, поскольку источник энергии становятся распределенными на большой территории», говорит Джекобсон. «Большинство источников будут локальными. Вы можете устранить многочисленные потери топлива, только потому, что вы не будете транспортировать нефть танкерами через океан, вы не будете перевозить уголь поездами и автомобилями.»

Эта методология обеспечения устойчивости энергосистем может быть использована многими странами по всему миру.

Примечание: А канадская компания Hydrostor предложила способ сохранения энергии в подводных баллонах, наполненных сжатым воздухом.