ПРОБЛЕМА ХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ В ПРОМЫШЛЕННЫХ МАСШТАБАХ ЗА РУБЕЖОМ И В РОССИИ

Каримов Денис Рафикович

студент 2 курса, факультет электрификации и автоматизации сельского хозяйства ЧГАА, г. Челябинск

E-mail: olgakhalupo@list.ru

Халупо Ольга Ивановна

научный руководитель, канд. пед. наук, доцент ЧГАА, г. Челябинск

Проблема развития альтернативной энергетики, которая основана на использовании энергии воды, ветра, солнца или отопительных установок во всем мире вызывает огромный интерес, и ученые всего мира стараются найти новые технологии, новые устройства, которые могли бы аккумулировать энергию, хранить ее и использовать при необходимости. Этот вопрос волнует многих исследователей, предлагаются различные пути для решения данной проблемы, но пока остается нерешенным этот вопрос, будут проводиться исследования, будут открываться все новые и новые пути решения, предлагаться неординарные методы решения и т. д.

Насущные потребности человека с каждым годом растут, на земле становится все больше и больше людей, постоянно увеличиваются темпы ее потребления, и все это приводит к тому, что становятся необходимы гигантские объемы производства энергии. В настоящее время традиционные источники энергии и технологии их использования уже не могут обеспечивать необходимый уровень энергообеспечения общества, так как они являются невозобновляемыми источниками энергии. И хотя, по оценкам экспертов, природные запасы различных топлив достаточно велики, существует проблема исчезновения или уменьшения естественных запасов  при существующих и предсказываемых темпах их разработки. Уже на сегодняшний день ряд месторождений оказывается непригодным для промышленных разработок, а месторождения нефти и газа оказываются на труднодоступных и отдаленных территориях. Многие ученые предполагают, что при использовании таких объемов и темпов увеличения энергопотребления в 3—5 % , запасы могут полностью иссякнуть через 100—150 лет.

Поэтому первостепенной задачей многих стран становится хранение энергии. А одной из главных функций существования хранилищ является соответствие с потребностями клиентов выравнивать подачу энергию, которую получают от ветра, солнца, воды. А также важным является то, какие технологии найдут ученые и выберут энергетические компании. Этот вопрос пока остается открытым не только у нас в России, но и за рубежом. Понятно, что не ожидается какого-либо универсального и приемлемого решения для всех и всего, хотя бы потому что  накопители отличаются друг от друга. Одни — предназначены для краткосрочного хранения энергии, другие — для долгосрочного, можно сказать от секунд до нескольких месяцев.

Активный поиск идет по разным направлениям и неважно, в каких странах, развитых или развивающихся, разрабатывается данная проблема, для тех и других этот вопрос имеет немаловажное значение. Например, накоплен богатейший опыт в разных странах в области гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС), которые преимущественно сооружаются в гористых или холмистых местностях. И на первый взгляд может показаться, что они идеально подходят для возобновляемой энергетики. И если солнце и ветер генерируют излишки энергии, она начинает использоваться для закачивания воды из одного резервуара в другой, точнее из нижнего в верхний. А когда электропотребление начинает возрастать, вода вновь сбрасывается в нижний резервуар, приводя в движение турбины, которые, в свою очередь, и вырабатывают электричество [5, с. 14]. Одним из недостатков этого способа, этой технологии является низкий КПД (коэффициент полезного действия), так как в течение этого процесса наблюдается потеря энергии почти на треть. Другим недостатком является то, что не везде находятся подходящие места и местности для сооружения таких гидроаккумулирующих электростанций. А тех, которые уже имеются, обладающие суммарной мощностью 7500 мегаватт, хватает практически только для поддержания энергоснабжения каких-либо объектов на несколько часов. И, кроме того, несовершенным является то, что может установиться безветренная погода на долгое время и тогда поддержание энергоснабжения становится проблематичным. Некоторые ученые среди недостатков еще отмечают малую плотность потока энергии, что вынуждает предварительно концентрировать энергетические потоки с больших площадей и создавать громоздкие сооружения для их взаимных превращений. Далее, в основе нетрадиционных источников лежат природные явления, интенсивность которых подвержена сильным колебаниям в зависимости от региона, сезона, времени суток. В результате усложняются системы преобразования энергии, повышается их стоимость [2, с. 4].

Отдельные исследователи считают маховики достаточно перспективным и надежным устройством для хранения энергии. Их изучают, разрабатывают, проводят с ними исследования не одно десятилетие. Например, профессор Н.В. Гулиа предложил новую разновидность маховика, который должен служить именно накопителем энергии. Это не сплошной диск, а сердечник с намотанной на него сотнями и даже тысячами слоев тонкой стальной (впоследствии пластиковой) лентой, заключенный в кожух, внутри которого создавался вакуум, чтобы сократить потери на трение. Как выяснилось, подобные супермаховики могли «вобрать» в себя довольно много энергии на единицу массы, ведь запасаемая ими энергия определялась, прежде всего, предельной скоростью вращения (поскольку была пропорциональна ее квадрату, а от массы зависела линейно), которая в свою очередь была ограничена прочностью выбранного материала [1, с. 90].

Современные устройства супермаховиков с намоткой из углеродного волокна имеют удельную энергоемкость до 130 Вт-ч/кг.. Данные показатели немного уступают лучших литий-ионных аккумуляторов, в то же самое время имеются свои преимущества, заключающиеся в том, что они гораздо дешевле в цене, долговечнее по времени и безопаснее в работе. Это касается не только безопасности персонала, который обслуживает их, но и безопасности для окружающей среды, что очень важно для всех.

Некоторые западные и американские компании также проводили и проводят серьезные исследования в этой области. Так, специалисты американской компании «Beacon Power» разработали набор стационарных супермаховиков, предназначенных для подключения к промышленным энергосетям. Выполнены они из огромного числа слоев сверхпрочных композитных материалов на основе углеродных волокон, так что выдерживают гигантские нагрузки, позволяя в среде с высоким разрежением доводить скорость их вращения до штатных 22,5 тыс. об./мин. Маховики на магнитных подвесках вращаются в цилиндрических емкостях высотой около 1 м (новые модели будут уже выше человека), внутри которых создан вакуум. Масса подобной конструкции может достигать 1 т.На стальном валу маховика (там же —внутри герметичного стального цилиндрического кожуха) расположен ротор обратимой электрической машины —мотора-генератора на постоянных магнитах, который и раскручивает маховик, запасая энергию, или отдает ее, вырабатывая электрический ток, при подключении нагрузки. Расчетный срок службы такой конструкции 20 лет, диапазон рабочих температур от – 40 до + 50°C, она выдерживает землетрясения с магнитудой до 7,6 по шкале Рихтера, иными словами, обладает характеристиками, ныне совершенно нереальными для существующих химических аккумуляторов [6].

Мы полагаем, проблема хранения энергии является одной из важнейших не только в энергетике, но и в науке и в экономике каждой страны. Данный вопрос остается открытым до сих пор, изучается, предлагаются все новые и новые проекты, решения. Очевидно, что будущее возобновляемой энергетики, которая стремительно развивается в течение нескольких десятилетий повсюду в мире, имеет первостепенное значение для многих стран, в значительной мере зависит от решения проблемы — как в промышленных масштабах накапливать электроэнергию. Но так как ее потребление очень часто зависит от того, когда светит солнце и как дует ветер, следовательно, надо уделять больше внимания на создание, реализацию проектов, обеспечивающих практическое применение, производство устройств, которые бы решили данную проблему. Тем более что у человечества уже имеются  различные гениальные и перспективные разработки в этом направлении, всё это действительно осуществимо на практике и зависит от нашей инициативы, наших усилий, взаимодействия и сотрудничества друг с другом для того чтобы использовать самые прогрессивные технологии для осуществления данной миссии. Важным моментом здесь является вопрос о том, что осуществляя такую систему снабжения человечества энергией, нужно не забывать о том, чтобы не отравлять атмосферу, не нарушать атмосферные процессы, не перегревать ее, то есть не нарушать привычный нам мир, не навредить. То есть, следует получать энергию только из экологически безопасных и безвредных источников. И в заключение, хочется отметить, что в нашей стране иногда скептически относятся к возобновляемой энергетике и может сложиться так, что пока наша страна решает вопрос о необходимости возобновляемых источников энергии, Европа, по нашему мнению, активно переходит  к реализации таких проектов.

Список литературы:

1. Гулиа Н.В. Накопители энергии. М.: Наука.1980. — 150 с.
2. Лосюк Ю.А. Нетрадиционные источники энергии [Текст]: учебное пособие / Ю.А. Лосюк, В.В. Кузьмич. — MH.: УП «Технопринт», 2005. — 234 с.
3. Solar Electricity. Edited by Th. Markvart. UK University of Southampton, UK . 2000. —273 p.
4. State companies urged to invest in renewable power // Modern Power Systems. 2010. — № 12. — С. 12.
5. Twidell J., WeirA. D. Renewable Energy Resources. Second edition, Taylor & Francis, USA. 2006. —601 p.
6. Электронный ресурс — режим доступа.— URL: http://www.myenergy.ru(дата обращения: 20.01.2013)
7. Электронный ресурс — режим доступа.— URL: http://khd2.narod.ru(дата обращения: 18.01.2013)