Вы никогда не задумывались, почему в Соединенных Штатах так мало отключений? Это фактически сводится к следующему: электростанции всегда производят больше энергии, чем просят люди.
Связанный контент
- Зарядка впереди: будущее батарей
- Пять вопросов, которые вы должны задать о новом банке батарей на батарейках Tesla
Как только вырабатывается электричество, электроны протекают по линиям электропередачи в дома, на предприятия, в школы и больницы - везде, где это требуется. Вырабатывается больше электроэнергии, чем операторы энергосистемы ожидают от вас, поэтому при нажатии на выключатель свет включается.
Независимо от того, действительно ли вы включаете свет, электростанции продолжают вращать свои турбины, готовые в любой момент отправить электроэнергию в сеть.
Эта проблема избыточных генерирующих мощностей усугубляется ночью, когда спрос очень низок, а несоответствие между количеством необходимой и доступной мощности еще больше. Это препятствует использованию некоторых возобновляемых источников энергии, особенно энергии ветра, которая в основном работает ночью, когда ветры самые сильные (и когда люди потребляют меньше электроэнергии). Короче говоря, много электричества, а главное, чистого электричества, производится в неподходящее время.
Вот где накапливается энергия. Хранение энергии, когда она производится, и ее высвобождение, когда это необходимо, помогает поддерживать надежность энергосистемы и прокладывает путь для введения в смесь прерывистых возобновляемых источников энергии, таких как ветер и солнечная энергия.
Энергетические и технологические компании работают над решением проблемы несоответствия спроса и предложения в течение многих лет, и аккумуляторы стали основным претендентом на хранение электроэнергии. Например, Tesla Inc. инвестировала более 600 миллионов долларов в свой Gigafactory в Неваде, чтобы производить массовое количество литий-ионных батарей.
Но одна энергетическая компания Алабамы нашла другое место для размещения большого количества избыточной энергии - в соляных пещерах. Полмили под землей, соляная пещера, которая могла бы соответствовать Статуе Свободы, содержит самый полезный ресурс Энергетического Южного Энергетического Кооператива: воздух.
За 25 лет кооператив освоил искусство и науку сжатия воздуха, хранения его в соляной пещере под землей и использования его для производства электроэнергии. Электростанция Макинтош в Макинтоше, штат Алабама, является единственным в США комплексным хранилищем энергии сжатого воздуха общего назначения (CAES) и одним из немногих в мире.
Ночью, когда вы спите и ваши приборы отдыхают, установка использует избыточное электричество из сети, чтобы сжимать воздух и качать его под землей в герметичную соляную пещеру.
«Соль - прекрасный механизм хранения», - говорит директор завода McIntosh Ли Дэвис.
Это потому, что пещеры обеспечивают большие непроницаемые пространства. Сжатый воздух остается сжатым, а кислород в воздухе не вступает в реакцию с солью.
Там воздух хранится при давлениях между 650 и 1058 фунт / кв.дюйм, что составляет примерно одну десятую от давления в нефтяной скважине высокого давления.
Когда люди нуждаются в энергии в течение дня, воздух поступает в местный блок природного газа, где он нагревается природным газом, сгорает и производит еще более горячий газовый поток, который вращает турбину и вырабатывает электричество.
Сверху электростанция Макинтош выглядит как стандартная электростанция, работающая на природном газе, но непосредственно в полумиле от поверхности находится уникальный механизм накопления энергии. (Courtesy Power South Energy Coperative) Сжатый воздух является ключевым компонентом производства электроэнергии на всех газовых заводах; это критический компонент, который делает газ сгорающим, производя газовый поток, который вращает турбину. На типичных установках, работающих на природном газе, производство сжатого воздуха является наиболее энергоемкой частью работы установки - более половины энергии, вырабатываемой турбиной, просто возвращается в систему для сжатия воздуха.
Но установка McIntosh CAES способна сжимать воздух независимо от процесса производства электроэнергии, когда это наиболее экономично, поскольку у него есть место для его хранения - соляная шахта. У завода достаточно запасенного воздуха, чтобы помочь турбине мощностью 110 мегаватт вырабатывать электроэнергию в течение 26 часов, обеспечивая электропитание до 110 000 домов.
Сжимая воздух ночью, когда электричество дешево и в изобилии, вместо того, чтобы использовать мощность турбины для сжатия, завод использует меньше природного газа для производства того же количества электроэнергии. Это также позволяет чистым источникам электричества использоваться для сжатия.
Хотя завод Макинтош в настоящее время не работает напрямую в тандеме с какими-либо возобновляемыми заводами, он, безусловно, может, и это ключевая идея. Электроэнергия, используемая для сжатия воздуха, может вырабатываться ветряными турбинами, как это планируется для Энергетического центра Бетела в Западном Техасе. Apex CAES LLC привлекла 100 миллионов долларов США для Центра, который, в случае его развития, будет представлять собой соляную установку CAES в сочетании с ветром. Центр планирует использовать электричество, производимое соседними ветряными турбинами ночью, для сжатия воздуха и подачи воздуха в газовую турбину в течение дня.
Учитывая, что по всей стране растут заводы по производству природного газа, хранилище энергии сжатого воздуха позволяет интегрировать возобновляемые источники энергии и в конечном итоге сжигать меньше газа.
Однако сжатый воздух не является панацеей. В то время как заводы по производству природного газа относительно дешевы в строительстве и эксплуатации, низкая цена на природный газ также означает, что стимулов для поиска альтернатив для установок или установки вариантов, позволяющих экономить газ, меньше.
Ввиду низкой стоимости природного газа и риска, связанного с развертыванием относительно новой технологии, в названии которой мало проектов, трудно сделать цифры для CAES. Проект Энергетического центра Бетела находится в стадии разработки с 2011 года, и ему еще предстоит привлечь дополнительно 400 миллионов долларов необходимого капитала.
«Нечто новое и непростое - нелегко оторваться от земли», - говорит Apex CAES COO Стивен Наив.
Другие тестовые проекты потерпели неудачу из-за высокой стоимости разработки - от затрат на утилизацию рассола, созданного в процессе добычи, до риска изучения мест, которые могут оказаться геологически непригодными. Что касается конкуренции за хранение, аккумуляторы во многих отношениях более гибкие, потому что их можно расположить ближе к месту, где есть потребность в энергии, хотя, согласно Apex, аккумуляторы (по крайней мере, на данный момент) значительно дороже в долгосрочной перспективе.
Но энергетическому кооперативу «Юг на юге» по-прежнему нравится общаться с другими союзниками по CAES. Действительно, заведение Макинтош привлекло посетителей из Калифорнии, Юты, Нью-Йорка и Айдахо.
Если соль - это способ повысить эффективность работы газовых установок и использовать возобновляемые источники энергии, передайте соль, пожалуйста.
Примечание редактора: в более ранней версии этой статьи изначально ошибочно указывалось, что в энергосистему отправляется больше энергии, чем требуется, то есть где она тратится впустую. Фактически, избыточная энергия тратится впустую, прежде чем она отправляется в сеть через ряд процессов. Smithsonian.com сожалеет об ошибке.
