Американський досвід – як зберігають енергію від поновлюваних джерел у сонячних штатах

Каліфорнія є лідером в США у споживанні електроенергії, виробленої від Сонця, в порівнянні з іншими штатами. Відіграє роль як географічне розташування (на це не можна впливати, це просто подарунок долі, хоча якщо бути точним, то місце на карті конкретного штату визначається історією), так і стимули, створювані місцевою владою (і тут можна в хорошому сенсі "владу використати" заради суспільних потреб).
Однак є проблемка із Сонцем. Воно таке не постійне.
Вітри можуть дмухати і вночі, а геотермальні джерела взагалі цілодобові, а ось пік сонячної енергії протягом дня сходить нанівець у нічний час. І коли американці приходять додому, то включають як освітлювальні прилади, так і телевізори, щоб переглянути улюблені телепередачі у прайм тайм, або передвиборні дебати кандидатів та розслабитися від гонки за американською мрією. Щоб задовольнити вечірній сплеск попиту, виробникам доводиться використати "брудну" теплову енергію, оскільки сонце нічим допомогти не може, гріючи в цей момент інший підставлений бік нашої великої круглої планети, що так вже повертається мільярди років.

А чи можна зберегти сонячну енергію ?

Можна, звичайно ! З 2020 року в штаті Каліфорнії було встановлено більше гігантських батарей, ніж будь-де у світі (ось це темпи!), ну хіба що крім Китаю. Це колосальні скарбнички електрики заряджаються, поглинаючи надлишок виробленої електроенергії вдень і віддаючи його вночі. Оце круто і привабливо !

* Сама природа електрохімічного накопичення безперервна. Безперервний заряд та безперервний розряд. Безперервна напруга на клемах акумуляторів. Тобто ми маємо справу із постійною напругою. У так званій "війні струмів" - Едісона та Тесла, яка велася понад сто років тому і як ми бачимо по наших розетках, перемогу здобув саме змінний струм. Тому в мережі (хоча б скільки б там не було: 110 В або 220 В) напруга змінна. Знову війна? Ні, є арбітр-інвертор для будинку з акумулятором, який вміє перетворювати постійну напругу на змінну з необхідними параметрами амплітуди, частоти та потужності. ККД сучасних інверторів досягає 95-98%, а потужність складає 3-5-12 і більше КВТ, чого для будинків та квартир більш ніж достатньо. Хоча без початкових інвестицій і треба сказати чесно, не малих, не обійтися.

Отже, батареї є компенсаторами енергії, перерозподіляючи енергетичні потоки "день-ніч". І ці потоки ДУЖЕ великі. Альтернативна енергетика забезпечує до 20% потреби у електроенергії такого штату, як Каліфорнія.
Відмітимо і розмір цих батарей, які за габаритами більше схожі на транспортні контейнери. Інакше не вийде, щоб запасти у своїх електрохімічних надрах тисячі Ампер-годин.

А все тому, що і сонце і вітер, хоч і невичерпні, але нестабільні за своєю природою. Той самий вітер може навпаки вдень не дмухати, зате крутити вітряк з повною силою вночі. Цю його спритність теж треба направити в потрібне русло, через "посередника" - генератора. Головне, розуміти, який акумулятор кращій для інвертора.
Ми назвали дату, дуже близьку до нас - 2020 рік, коли в Каліфорнії стартувала активна установка батарей як елемента зеленої енергетики та балансування постійно-змінної електрики.

З того часу ємність змонтованих акумуляторних батарей в енергосистемі США перевищила 16000 МВт.
Очікується, що цього року ця цифра подвоїться, причому за рахунок інших сонячних штатів (Техас та Арізона).

Слід зазначити, що батареї не тільки згладжують споживання, і дають свій внесок у збереження навколишнього середовища, а й підстрахують під час пікового споживання, яке може бути і влітку, коли в будинках та офісах включають кондиціонери. Це дозволяє уникнути аварійних відключень і перевантажень в електромережах і трансформаторних підстанціях. Хоча якщо бути точним, то тут вже працюють не стільки акумуляторні батареї, як сонячні панелі та інвертори, безпосередньо відправляючи в мережу миттєву перетворену сонячну енергію. Батареї самі собою нічого не виробляють. Але від цього їхня роль не стає меншою. Батареї як банківський рахунок – кладеш поступово гроші, зате коли вони терміново знадобляться – просто знімаєш та користуєшся.
Повторимо, що у вечірній та нічний час, чим більше відсоток енергії надходить від батарей, тим менше спалюється викопних видів палива, що виділяються насамперед у вигляді двоокису вуглецю та супутнього букету забруднювачів.

Ціна ?

Так, це не найдешевше задоволення. Йдеться насамперед про літій-іонні технології.
Плюс тут є те, що масове виробництво, викликане попитом на електрокари, здешевило вартість акумуляторів, яка впала на 70%. Також позитивом є федеральні субсидії, що стимулює розвиток акумуляторних систем зберігання.

На сьогоднішній день у Каліфорнії збудовано парк батарей, здатних віддавати 10 000 МВт, що дозволяє живити 10 млн будинків (!) протягом кількох годин.
Це дозволяє заповнювати недоліки в потоках електроенергії, коли пожежі знищували лінії електропередач.

Хто це регулює і як ?

Незважаючи на те, що США є країною з ринковою економікою, все ж таки без втручання влади в хорошому сенсі не обійтися.
Навіть якщо енергетичні компанії є приватними, пускати таку страгетичну галузь виключно у вільне плавання ризиковано.
Йдеться про контроль виведення старих генеруючих потужностей та вступ у роботу нових. Якщо закриваються старі ТЕС через нерентабельність, на що власники мають право, то так і до дефіциту електроенергії не довго. А це вже є ризики державного рівня. Вихід? Держава дає команду комунальним підприємствам ставити батареї. Тут важливо знайти баланс – не втручатись у господарську діяльність суб'єктів безпосередньо, при цьому дотримуватися інтересів країни. Щоб не страждали громадяни.
Дерегуляція електроенергетики дає можливість вигідно продавати енергію в ті часи, коли вона найдорожча. Звичайно ж, попередньо накопичивши її в аккумуляторах.

Проблеми

1. Пожежна безпека. Літій-іонні акумулятори схильні до займання. І деяка частина громадянського суспільства виступає не те, щоб за обмеження їхнього використання, але як мінімум проти їх небезпечного ущільнення. Тобто розміщення розумної кількості батарей на одиницю площі.
2. Китай. Саме звідти поставляється більшість батарей. А отже, Китай може диктувати свої умови. Чого зовсім не хочеться американській владі. З огляду на й так не прості торгові відносини із Піднебесною. І гостро-підвішене питання з Тайванем.
3. Різне законодавство. Один із проявів демократії в США це умови, що радикально відрізняються в різних штатах. Наприклад, у деяких штатах, якраз комунальним підприємствам і не дозволяють встановлювати батареї! А може, це не демократія, а лобізм?
4. Стабільність старого. Треба визнати, що все-таки старі добрі електростанції, що чадять, димляться, ядерно-небезпечні чи чисті гідро-, що працюють 24/7 на здобутих горючих багатствах, витягнутих із черева матінки- Землі, є найстабільнішим джерелом електрики. Адже так?
5. Не довго. Знову ж таки відверто. Спустимося від світових масштабів до побутових, квартирних. Нас запитують – "скільки зможуть пропрацювати електроприлади у моїй квартирі від батареї та інвертора ?" Коли ми відповідаємо, що 4-5 годин, то ентузіазм падає. З іншого боку, на час планових відключень цей часовий інтервал - ідеальне вирішення питання. Щоб спокійно "сидіти" зі світлом, інтернетом, комп'ютером та ін. Так, без бойлера, мікрохвильової печі та електрочайника. Зате з електрикою.