Американский опыт – как хранят энергию от возобновляемых источников в солнечних штатах

Калифорния является лидером в США по потреблению электроэнергии, произведенной от Солнца, по сравнению с другими штатами. Играет роль как географическое расположение (на это влиять нельзя, это просто подарок судьбы, хотя если быть точным, то место на карте конкретного штата определяется истории), так и стимулы, создаваемые местными властями (и здесь можно в хорошем смысле "власть употребить" на всеобщее благо).
Однако есть проблемка с Солнцем. Оно такое не постоянное…
Ветры могут дуть и ночью, а геотермальные источники и вовсе круглосуточны, а вот пик солнечной энергии в течение дня сходит на нет в ночное время. И когда американцы приходят домой, то включают как осветительные приборы, так и телевизоры, чтобы посмотреть любимые телепередачи в прайм тайм, или предвыборные дебаты кандидатов и расслабиться от гонки за американской мечтой. Чтобы удовлетворить вечерний всплеск спроса, производителям приходится использовать "грязную" тепловую энергию, поскольку солнце ничем помочь не может, грея в этот момент другой подставленный бок нашей большой круглой планеты, поворачивающейся так уже миллиарды лет.

А можно ли сохранить солнечную энергию ?

Можно ! С 2020 года в штате Калифорнии было установлено больше гигантских батарей, чем где-либо в мире (вот это темпы !), ну кроме разве что Китая. Это колоссальные копилки электричества заряжаются, поглощая избыток выработанной электроэнергии в дневное время и отдавая его ночью. Заманчиво !

* Сама природа электрохимического накопления непрерывная. Непрерывный заряд и непрерывный разряд. Непрерывное напряжение на клеммах аккумуляторов. То есть мы имеем дело с постоянным напряжением. В так называемой "войне токов" - Эдисона и Тесла, которая велась более века назад и как мы видим по нашим розеткам, победу одержал именно переменный ток. Поэтому в сети (сколько бы там ни было: 110 В или 220 В) напряжение переменное. Снова война ? Нет, есть примиритель-инвертор для дома 5 квт, который умеет преобразовывать постоянное напряжение в переменное с требуемыми параметрами амплитуды, частоты и мощности. КПД современных инверторов достигает 95-98 %, а мощность составляет 3-5-12 и более КВТ, чего для домов и квартир хватит с головой. Хотя без первоначальных инвестиций и надо сказать честно, не малых, не обойтись.

Итак, батареи являются компенсаторами энергии, перераспределяя энергетические потоки "день-ночь". И потоки эти ОЧЕНЬ большие. Альтернативная энергетика обеспечивает до 20 % потребности в электроэнергии такого штата, как Калифорния.
Под стать и размер этих батарей, которые по габаритам больше похожи на транспортные контейнеры. По другому не получится, чтобы запасти в своих электрохимических недрах тысячи Ампер-часов.

А все потому, что и солнце да и ветер, хоть и неисчерпаемы, но нестабильны по своей природе. Тот же ветер может наоборот днем не дуть, зато крутить ветряк с полной силой ночью. Эту его прыть тоже надо направить в нужное русло, через "посредника" - генератора. Главное, знать какой нужен аккумулятор для инвертора.
Мы назвали дату, очень близкую к нам – 2020 год, когда в Калифорнии стартовала активная установка батарей как элемента зеленой энергетики и балансировки постоянно-переменного электричества.

С тех пор емкость смонтированных аккумуляторных батарей в энергосистеме США превысила 16000 МВт.
Ожидается, что в текущем году эта цифра удвоится, причем за и счет других солнечных штатов (Техас и Аризона).

Следует отметить, что батареи не только сглаживают потребление, и дают свой вклад в сохранение окружающей среды, но и подстраховывают во время пикового потребления, которое может быть и в летнее время, когда в домах и офисах включают кондиционеры. Это позволяет избежать аварийных отключений и перегрузок в электросетях и на трансформаторных подстанциях.. Хотя если быть точным, то здесь уже работают не столько аккумуляторные батареи, сколько солнечные панели и инверторы, напрямую отправляя в сеть мгновенную преобразованную солнечную энергию. Батареи сами по себе ничего не вырабатывают. Но от этого их роль не становится меньше. Батареи как банковский счет - кладешь постепенно деньги, зато когда они срочно понадобятся - просто снимаешь и пользуешься.
Повторим, что в вечернее и ночное время, чем больше процент энергии поступает от батарей, тем меньше сжигается ископаемых видов топлива, выделяющихся в первую очередь в виде двуокиси углерода и сопутствующего букета загрязнителей.

Цена ?

Да, это не дешевое удовольствие. Речь идет прежде всего о литий-ионных технологиях.
Плюсом здесь является то, что массовое производство, вызванное спросом на электрокары, удешивило стоимость аккумуляторов, которая упала на 70 %. Также позитивом являются федеральные субсидии, что стимулирует развитие аккумуляторных систем хранения.

На сегодняшний день в Калифорнии построен парк батарей, способных отдавать 10 000 МВт, что позволяет питать 10 млн домов (!) в течение нескольких часов.
Это позволяет также заполнять недостатки в потоках электроэнергии, когда пожары уничтожали линии электропередач.

Кто это регулирует и как ?

Несмотря на то, что США являются страной с рыночной экономикой, все же без вмешательства властей в хорошем смысле не обойтись.
Даже если энергетические компании являются частными, пускать такую страгетическую отрасль исключительно в свободное плаванье рискованно.
Речь идет о контроле вывода старых генерирующих мощностей и вступлении в работу новых. Если закрываются старые ТЕЦ из-за нерентабельности, на что собственники имеют право, то так и до дефицита электроэнергии не долго. А это уже риски государственного уровня. Выход ? Государство дает команду коммунальным предприятиям ставить батареи. Здесь важно найти баланс – не вмешивась в хозяйственную деятельность субъектов непосредственно, при этом блюсти интересы страны. Чтобы не страдали граждане.
Дерегуляция электроэнергетики дает возможность выгодно продавать энергию в те часы, когда она наиболее дорогая. Конечно же предварительно накопив ее в акумуляторах.

Проблемы

1. Пожаробезопасность. Литий-ионные аккумуляторы склонны к воспламенению. И некоторая часть гражданского общества выступает не то чтобы за ограничение их использования, но как минимум против бездумного их уплотнения. То есть размещения разумного количества батарей на единицу площади.
2. Китай. Именно оттуда поставляется большинство батарей. А то значит, что Китай может диктовать свои условия. Чего совсем не хочется американским властям. Учитывая и так не простые торговые отношения с Поднебесной. И остро-подвешенный вопрос с Тайванем.
3. Разное законодательство. Одно из проявлений демократии в США это радикально различающиеся условия в разных штатах. Например в некоторых штатах, как раз коммунальным предприятиям и не разрешают устанавливать батареи ! А может это не демократия, а лоббизм ?
4. Стабильность старого. Надо признать, что все-таки старые добрые электростанции, чадящие, дымящиеся, ядерно-опасные или чистые гидро-, работающие 24/7 на добытых горючих богатствах, извлеченных из чрева матушки-земли, являются самым стабильным источником электричества. Ведь так ?
5. Не долго. Опять же откровенно. Спустимся от глобальных масштабов до бытовых, квартирных. Нас спрашивают – "сколько смогут проработать электроприборы в моей квартире если я купил инвертор 5 квт + аккумулятор ?" Когда мы отвечаем, то 4-5 часов, это энтузиазм падает. С другой стороны, на время плановых отключений, этот временной интервал - идеальное решение вопроса. Чтобы спокойно "сидеть" со светом, интернетом, компьютером и т.д. Да, без бойлера, микроволновки и электрочайника. Но зато с электричеством.