Верхний резервуар ГАЭС в Северном Уэльсе, Австралия. (с) Arpingstone — Wikipedia
Эпоха гигантских равнинных ГЭС постепенно подходит к концу. На смену им приходят гидроэлектростанции нового типа. Они куда меньше вредят природе и работают в паре с другими возобновляемыми источниками – например, солнечными и ветряными парками. Мы говорим о гидроаккумуляторах – хотя это направление далеко не новое, в 21 веке оно переживает период расцвета.
Если мы говорим о «новой гидроэнергетике», подразумевается, что существует «старая». Речь идет о равнинных ГЭС.
По большому счету, в 20 веке львиная доля гидроэнергетики приходилась на равнинные станции. Остальные – горные ГЭС, приливные и прочие – добавляли ничтожную долю.
Именно равнинные электростанции в наши дни вызывают больше всего критики. Из-за плотин, перегородивших реки, вымирают миграционные виды рыб, такие как лосось и осетр. Водохранилища затопляют самые плодородные пойменные земли. А выбросы метана из водохранилищ ставят ГЭС в один ряд по вредности с тепловыми электростанциями.
И хотя их продолжают строить в некоторых странах, включая Китай и Индию, ясно, что дни такой гидроэнергетики сочтены.
Но это не значит, что гидроэнергетике в целом пришел конец. Мысль инженеров повернула в другом направлении.
Гидроаккумуляторы: 5 концепций, от обычных до нетривиальных
Солнечная и ветряная энергетика тоже не безвредна, но куда безопаснее плотинных ГЭС. Беда в том, что ветер и солнце дают энергию неравномерно – значит, ее надо запасать на то время, когда генерация ослабевает. Например, накачивая насосами воду в резервуар, находящийся на большой высоте. Тогда во времена, когда энергии не хватает, можно спустить воду через гидротурбины и получить дополнительное электричество – такие системы и называются гидроаккумуляторами, или гидроаккумулирующими электростанциями (ГАЭС).
В наши дни 95% запасенной электроэнергии хранится именно в таких «батареях».
Для поклонников умной инженерии самое интересное только начинается. Творчески мыслящие конструкторы придумали множество вариантов гидроаккумуляторов.
«Классика» ГАЭС
Самый популярный в наши дни способ – это перекачивать энергию между двумя искусственными озерами, расположенными на разной высоте. Обустроить такую электростанцию можно только в холмистой местности с большим перепадом высот.
Принцип работы традиционной гидроаккумулирующей электростанции.
Funkjoker23 - Wikipedia
Существует упрощенный вариант их конструкции, когда в качестве нижнего резервуара используется река, канал или море – первым в мире примером морской ГАЭС стала станция «Янбару» в Японии, построенная в 1999 г.
ГАЭС Kruonis в Литве Shimatonis - Wikipedia
Подземные батареи
Что если нет холмов? Тогда стоит поискать подходящие пустоты под землей – например, старые неиспользуемые шахты, – и превратить их в резервуар для воды. Расчеты ученых показывают, что эффективность таких хранилищ может быть даже выше, чем у традиционных ГАЭС.
Подземная ГАЭС: энергия ветряных турбин и солнечных панелей используется, чтобы закачать воду в верхние подземные резервуары (слева на рисунке). PV Magazine
Пока реализованных проектов такого типа в мире не существует, но их разработка ведется в ряде стран, где велась добыча полезных ископаемых – например, в Австралии, США и Финляндии.
Подводные хранилища
Хранить воду под водой?! Это не шутка. В 2017 году проект StEnSea (Storing Energy at Sea – «хранение энергии в море») успешно провел месячные испытания подводной ГАЭС. Искусственная сфера была опущена на океанское дно. Из нее выкачивали воду, используя избыток электричества. А когда электроэнергии не хватало, вода снова заливалась в сферу через гидротурбину, вырабатывая электричество.
Fraunhofer University
Прелесть этой конструкции в том, что в небольшой сфере можно запасти огромное количество энергии, если опустить ее достаточно глубоко – ведь чем глубже, тем выше давление и напор воды. А кроме того, для их работы не нужно ни затоплять земли, ни рыть шахты.
ГАЭС без воды
Даже если обустраивать резервуар на суше, его размеры можно существенно уменьшить путем увеличения плотности жидкости. Этим и занимается команда проекта RheEnergise: они разрабатывают гидроаккумулятор, который работал бы на суспензии частиц в воде, плотность которой в 2,5 раза выше, чем у простой воды.
RheEnergise
Добавим электролиз
Можно ли сделать так, чтобы вода поднималась вверх сама собой? Оказывается, можно. Для этого надо поставить в нижнем озере не насосы, а электролизеры – устройства, разлагающие воду на водород и кислород. Легкий водород будет подниматься по трубам и храниться в баллонах. А когда нужна энергия, его сжигают в газовых генераторах, получая электричество. При этом образуется вода, которую – вы, конечно, догадались – спускают через гидротурбины, получая еще порцию электричества.
