Поскольку мир стремится к увеличению доли возобновляемых источников энергии в энергосистемах, многовековые системы, способные балансировать спрос и предложение, пересматриваются и совершенствуются. 
Водохранилище, являющееся частью гидроаккумулирующей электростанции Vattenfall в Гольдистале, Германия. Фотография: Vattenfall Сохранить эту историю Сохранить эту историю
В конце ноября в тихом уголке Девона, Англия, рабочие начали добавлять в воду секретный светло-коричневый порошок, смешивая специальную жидкость, способную накапливать энергию. Они перемешивали ее с предельной тщательностью, как какой-то гигантский протеиновый коктейль, в течение нескольких недель. Их целью было добиться смеси в 2,5 раза плотнее воды.
«Это довольно трудоемкий процесс. В больших масштабах мы бы автоматизировали его», — говорит Стивен Крошер, генеральный директор и соучредитель британской компании RheEnergise, занимающейся хранением энергии. Он подчеркивает, что минеральная жидкость должна легко течь. «Она должна быть очень текучей».
Это происходит потому, что в демонстрационной системе компании, установленной на руднике по добыче каолина недалеко от города Плимут, эта загадочная жидкость теперь может плескаться по наклонным трубам, соединяющим верхний контейнер с нижним, расположенным на глубине 80 метров. При этом жидкость приводит в движение турбины для выработки электроэнергии. Перекачка смеси обратно вверх в моменты, когда в сети имеется избыток энергии, перезапускает всю систему. Это новый подход к старой технологии хранения энергии, которая сейчас переживает возрождение: гидроаккумулирующая электростанция.
Демонстрационный завод компании RheEnergise расположен на юго-западе Англии.
Фотография: RheEnergiseГидроаккумулирующие электростанции впервые появились в конце XIX века. В последующие десятилетия такие страны, как США и Великобритания, построили множество крупных электростанций, хотя к 1990-м годам темпы строительства снизились. Первоначально эта технология была разработана для дополнения электростанций, работающих на ископаемом топливе, за счет использования избыточной энергии, которую они производили. Но сегодня операторы энергосетей все больше ценят гидроаккумулирующие электростанции как надежных исполнителей, способных сглаживать колебания выработки ветровой и солнечной энергии. Они могут компенсировать дефицит электроэнергии или поглощать избыток энергии в течение нескольких минут и хранить ее в течение короткого или длительного периода.
В настоящее время значительные объемы энергии теряются, поскольку нет возможности использовать ее в момент выработки. Например, Великобритания в этом году потратила более 1 миллиарда фунтов стерлингов (1,32 миллиарда долларов) на отключение ветряных турбин из-за отсутствия спроса на энергию.
Гидроаккумулирующие электростанции могли бы помочь решить эту проблему, но их строительство часто оказывается дорогостоящим и сложным. Жидкость, более плотная, чем вода, используемая компанией RheEnergise, позволяет ей размещать больше потенциальной энергии на меньшей площади и на меньшей высоте. Например, для воспроизведения демонстрационной установки мощностью 500 киловатт (кВт) с использованием водяной энергии потребуется более чем в два раза больший объем используемой жидкости, а верхний резервуар необходимо будет поднять на высоту 200 метров вместо 80.
Огромные водохранилища и высокие горы, исторически ассоциировавшиеся с гидроаккумулирующими электростанциями, возможно, больше не являются необходимыми. «В таких местах, как Великобритания, мы считаем, что существует, вероятно, 20–25 жизнеспособных площадок для традиционных гидроаккумулирующих электростанций, тогда как у нас их 6500», — говорит Крошер. Потенциальных мест для применения технологии компании по всему миру могут быть сотни тысяч — если RheEnergise сможет доказать, что она работает должным образом. Компания сообщила WIRED, что на этой неделе она выработала первую электроэнергию с помощью этой системы. Если результаты этих испытаний останутся удовлетворительными, к 2028 году может последовать запуск коммерческого проекта мощностью 10 МВт.
RheEnergise — лишь один из примеров развития гидроаккумулирующих электростанций. «Сейчас действительно захватывающее время», — говорит Ребекка Эллис, старший менеджер по энергетической политике Международной ассоциации гидроэнергетики (IHA), некоммерческой членской организации. По оценкам IHA, в настоящее время в разработке находятся проекты гидроаккумулирующих электростанций общей мощностью 600 ГВт. 8,4 ГВт были введены в эксплуатацию в 2024 году, добавляет она. Одним из проектов, способствовавших увеличению этой суммы, стала гидроаккумулирующая электростанция мощностью 3,6 ГВт в городе Фэннин, Китай. Это крупнейшая в мире подобная станция по мощности.
День за днем подобные растения перемещают воду вверх и вниз по склонам в гигантских масштабах и с невероятной силой.
Внутри демонстрационного завода RheEnergise.
Фотография: RheEnergiseВ Гольдистале, в центральной Германии, верхний водохранилище, содержащее приблизительно 12 миллионов кубических метров воды — достаточно для заполнения 4800 олимпийских бассейнов — соединено гидроаккумулирующей электростанцией с нижним водохранилищем объемом почти 19 миллионов кубических метров. Электростанция имеет два водовода длиной 800 метров, наклонные трубы, соединяющие водохранилища, и при максимальной мощности достигает 1,06 ГВт.
«Гольдисталь — наша крупнейшая электростанция», — говорит Рене Кюне, руководитель подразделения гидроаккумулирующих электростанций энергетической компании Vattenfall в Германии. При необходимости объект может вырабатывать 1,06 ГВт электроэнергии в течение восьми-девяти часов. Всего за 90 секунд «Гольдисталь» может переключиться из режима простоя в режим полной генерации. Вода поступает по каждому водоводу со скоростью 100 кубических метров в секунду. Станция может переключаться между режимом генерации и режимом перекачки за считанные минуты, а это значит, что вместо подачи в сеть 1,06 ГВт энергии она может поглотить такое же количество энергии.
В центральной диспетчерской Vattenfall операторы, используя алгоритмы, отслеживают состояние электросети и рынка, чтобы определить, следует ли их гидроаккумулирующим электростанциям вырабатывать электроэнергию или перекачивать ее. Кюне добавляет, что частота переключения между этими режимами со временем возросла из-за изменчивости возобновляемых источников энергии.
Однако, если правильно рассчитать ответ, можно заработать много денег. На своем веб-сайте компания Vattenfall описывает гидроаккумулирующие электростанции как «высокодоходные». В статье, опубликованной в прошлом месяце, оценивалось влияние роста возобновляемых источников энергии в Испании в период с настоящего момента до 2050 года. Авторы пришли к выводу, что при постепенном снижении цен на электроэнергию, большей изменчивости и уменьшении потребности в импорте электроэнергии в целом, использование систем хранения энергии увеличится на 12 процентов в будущем, а прибыль от системы, сочетающей возобновляемые источники энергии с гидроаккумулирующими электростанциями, возрастет.
Гидроаккумулирующие электростанции, в принципе, могут работать во многих местах по всему миру, говорит Рози Мэдж, системный инженер из Energy Systems Catapult, некоммерческого научно-исследовательского и инновационного центра: «В большинстве стран мира есть географические условия, подходящие для их применения».
В отчете Мэджа и его коллег, опубликованном в октябре, 11 стран были оценены по степени их пригодности для гидроаккумулирующих электростанций и других технологий долгосрочного хранения энергии. Две страны, известные своей равнинной местностью, Дания и Нидерланды, показали низкие результаты. Однако остальные страны оказались чрезвычайно пригодны для традиционных гидроаккумулирующих электростанций, а некоторые, включая Великобританию, Австралию и Китай, очень хорошо подходили для высокоплотной версии. Оценки основывались частично на готовности и желании каждой страны внедрить эту технологию, а также на рыночных условиях.
Но даже в этом анализе именно традиционные гидроаккумулирующие электростанции оказались наиболее перспективными для внедрения в целом — по сравнению с множеством других технологий хранения энергии длительного действия, включая гидроаккумулирующие электростанции высокой плотности, водород, аммиак, металловоздушные батареи, сжатый воздух и гравитационное хранение энергии без использования гидроаккумулирующих электростанций.
Внутри завода Vattenfall в Гольдистале, Германия.
Фотография: VattenfallОднако, если вы хотите заняться гидроаккумулирующей энергетикой, сначала вам нужно построить инфраструктуру. А сделать это в традиционно больших масштабах — непростая задача.
В Австралии в настоящее время ведется строительство поистине масштабного гидроаккумулирующего проекта под названием Snowy 2.0. Это расширение существующей гидроаккумулирующей системы, использующей озера в Снежных горах на юге Австралии. В то время как Голдистал может обеспечить в общей сложности 8,5 гигаватт-часов (ГВт·ч) энергии — его мощность в 1,06 ГВт, вырабатываемая максимум за 8,5 часов, — Snowy 2.0 после завершения строительства предложит поразительные 350 ГВт·ч.
Однако проект Snowy 2.0 столкнулся с задержками и перерасходом средств. Работа над проектом включает в себя строительство огромных туннелей общей длиной 27 км. Но одна из тоннелепроходческих машин, задействованных для их прокладки, застряла на несколько месяцев в неожиданно мягкой породе. Позже она застряла снова. Кроме того, компания Snowy Hydro, стоящая за проектом, и некоторые из ее подрядчиков были оштрафованы за несколько предполагаемых случаев загрязнения окружающей среды, вызванных строительной деятельностью. В отчете неправительственной организации «Национальная ассоциация парков Нового Южного Уэльса» (NPA) за 2024 год утверждается, что ее должностные лица якобы зафиксировали около дюжины нарушений экологических норм в период с начала 2022 года по середину 2023 года.
В 2024 году, в ответ на отчет Национального агентства по охране окружающей среды (NPA) о предполагаемой экологической эффективности компании, она заявила: «Snowy Hydro очень серьезно относится к своим обязательствам по соблюдению экологических норм и стремится к тому, чтобы строительство и эксплуатация проекта Snowy 2.0 осуществлялись в соответствии со всеми применимыми законами и разрешениями».
Строительство Snowy 2.0 в настоящее время планируется завершить в конце 2028 года. Финансируемый за счет налогоплательщиков, проект обойдется гораздо дороже, чем первоначальная оценка в 2 миллиарда австралийских долларов (1,29 миллиарда долларов США). По оценкам Эндрю Блейкерса из Австралийского национального университета, окончательная стоимость составит как минимум в шесть раз больше, вероятно, в районе 15–18 миллиардов австралийских долларов. Однако он подсчитал, что даже при такой цене Snowy 2.0 будет стоить примерно один австралийский цент на каждого австралийца за весь предполагаемый 150-летний срок службы.
«Если вам нужно серьезное хранилище энергии, вам нужна гидроаккумулирующая электростанция», — говорит он, добавляя, что Великобритания, например, в настоящее время «несерьезно» относится к гидроаккумулирующей электростанции и не будет относиться к ней серьезно, пока не построит систему мощностью 500 ГВтч на озере Лох-Несс в Шотландии. Многие компании борются за право установки новой гидроаккумулирующей инфраструктуры в этом регионе, хотя эти проекты сталкиваются с местным сопротивлением.
Часть насосного механизма на заводе в Голдистале.
Фотография: VattenfallИногда при строительстве гидроаккумулирующих электростанций и других крупномасштабных инфраструктурных проектов возникают проблемы, отчасти потому, что очень сложно предсказать состояние грунта до начала земляных работ, говорит Брайан Минхиник, руководитель глобальной практики гидроэнергетики в инженерно-консультационной компании Mott MacDonald. «Мне бы очень хотелось, чтобы этого не происходило», — говорит он. «Мы стараемся сделать все возможное». Планирование различных сценариев может помочь, как и использование 3D-моделей гидроаккумулирующих электростанций для детального планирования строительства. Рабочие могут корректировать эти цифровые планы, если, например, обнаружат неожиданно твердые или мягкие породы.
Новые машины тоже помогли. «Сейчас можно найти буровые установки с тремя управляемыми компьютером буровыми стрелами, работающими одновременно, — это значительно ускоряет работу», — добавляет Минхиник. Например, они могут одновременно выкапывать несколько отверстий для засыпки взрывчатки в рамках буровых и взрывных работ, где тоннелепроходческие машины не являются предпочтительным инструментом.
Одним из ключевых преимуществ некоторых гидроаккумулирующих электростанций является их огромный масштаб. Блейкерс говорит, что строительство действительно крупных гидроаккумулирующих электростанций — это способ, которым страна может показать, что она серьезно настроена в отношении хранения энергии.
Однако Крошер из RheEnergise высказывает иную точку зрения. Хотя крупномасштабные традиционные гидроаккумулирующие электростанции имеют свое место, миру срочно нужны решения климатических проблем. Его цель — предложить вариант гидроаккумулирующей электростанции, который было бы гораздо проще и быстрее внедрить. «Если вам нужны решения для климатической чрезвычайной ситуации и энергетического перехода, то [традиционные] гидроаккумулирующие электростанции частично справятся с этой задачей, но они слишком медленны, чтобы решить ее полностью», — говорит он.
Источник: www.wired.com
