В мире, который все больше беспокоится об изменении климата, производство возобновляемой энергии за последние 20 лет выросло в разы. Однако изменчивая природа ветра и солнца, не обеспечивает стабильность выработки энергии, поэтому выработанное электричество необходимо сохранять, что и становится в последнее время главной целью.
Как оказалось, добиться производства энергии дешевле и проще, чем ее сохранить. Именно поэтому производство батарей стало таким важным, а появление крупных аккумулирующих установок превращается в обыденность. Для справки, в 2017 году во всем мире было установлено хранилищ энергии более, чем на 1 ГВт мощности, что является своеобразным рекордом, но по факту «каплей в море» мирового спроса на электричество.
Как работают аккумуляторные батареи?
Электрическая энергия преобразуется в химическую энергию, когда вы заряжаете батарею, а при получении энергии из батареи происходит обратный процесс.
Схема: как работает аккумуляторная батарея © theguardian.com
В большинстве батарей есть 3 основных компонента: 2 электрода и химическая среда, называемая электролитом, которая может быть жидкой, гелевой или твердой. Для выработки электричества происходит химическая реакция, в ходе которой электроны движутся от отрицательного электрода, называемого анодом, к положительному электроду, называемому катодом. Когда вы заряжаете батарею, происходит обратный процесс, то есть электроны посылаются обратно на анод.
Сколько потребуется энергохранилищ для удовлетворения мирового спроса?
Bloomberg прогнозирует, что к 2020 году глобальная установленная емкость крупных энергохранилищ превысит 50 ГВт, а к 2040 году вырастет до 1000 ГВт, что будет равняться примерно 7% мировых энергетических мощностей. Так что прикинуть какой потребуется объем энергохранилищ для удовлетворения сегодняшнего спроса на электричество не так и сложно.
Глобальный рост энергохранилищ в мире к 2040 году © theguardian.com
Как использовать батареи для возобновляемых источников энергии?
Все зависит от особенностей энергосистемы региона. В одном случае батареи могут выступать только в качестве накопителя энергии, с ее последующей перепродажей по более высоким тарифам. В других они помогают снизить цены на электричество, а также стабилизировать энергосети и избежать отключения электроэнергии.
500 аккумуляторов BMW i3 стали частью национальной энергосети Великобритании
Важно понимать, что нынешние аккумуляторные батареи пока не подходят и не имеют экономической выгоды для длительного межсезонного хранения энергии, когда батарея заряжается летом от солнечной энергии, а накопленная энергия используется в зимний период.
Будет ли выгодно устанавливать бытовые батареи в будущем?
Подобная модель использования батарей появилась достаточно давно. Аккумуляторные батареи компактного размера могут накапливать и отдавать электроэнергию, которая была сгенерирована системой альтернативной энергии дома (солнечные панели, ветряки) или импортирована из сети. Однако на данный момент это выгодно, разве что домохозяйствам с солнечными панелями и то, только в качестве потребления, а не оплаты за экспорт сохраненной энергии в сеть.
В будущем возможно появится большее количество тарифов, из-за которых стимулов к установке подобных систем станет больше.
Что будет с батареями для электромобилей?
Аккумуляторная батарея главный ресурс электромобиля, который обеспечивает его работу. Безусловно, определяющим фактором батареи для электромобиля, является ее емкость и запас хода, который она обеспечивает. Большинство новых электрокаров предлагает запас хода на уровне 300 км и дальше это цифра будет только возрастать. Однако для быстрого развития отрасли важна не только энергоэффективность батареи, но и скорость ее зарядки. Чем выше будет пропускная мощность батарей, чем больше энергии она сможет аккумулировать, тем быстрее электромобили будут проникать в жизнь человека. Сейчас для полной зарядки электромобиля от обычной розетки требуется в среднем 8-10 часов, но уже на рынке появляются сверхбыстрые зарядные станции мощностью 350 кВт способные зарядить электромобиль за 10 минут. По прогнозам аналитиков, бум электромобилей придется на 2020 или 2021 год, когда появиться больший выбор моделей.
На сколько километров можно зарядить электромобиль за 5 минут с разной мощностью зарядки © theguardian.com
Как будут развиваться другие виды транспорта?
Электрические автобусы активно проникают в сферу общественного транспорта крупных городов. Электробусы уже курсируют улицами Лондона, Киева и других крупных мегаполисов мира. Электрические грузовики Tesla Semi уже заказаны многими крупными компаниями.
Однако плотность энергии батарей необходимая для интенсивного транспорта пока значительно уступает работе топливных двигателей. Несмотря на появление первых электрических самолетов, вертолетов и концептов кораблей, массовость этого рынка еще очень далека.
Что ограничивает емкость и срок службы батареи?
Чем больше и плотнее батарея, тем больше химической энергии она может накапливать и больше генерировать электричества. Но большая, более плотная батарея дороже в производстве, тяжелее, требует много времени для зарядки и сильнее подвержена разрушению, если возникают проблемы.
Химическое наполнение и внутренняя конструкция батареи также играют роль в том, сколько энергии она может хранить. Литий-ионные батареи популярны, потому что они имеют относительно высокое отношение энергии к весу и хорошо поддерживают свой заряд, когда не используются.
В большинстве устройств срок службы батареи — это компромисс между физическими размерами, конструкцией, плотностью энергии и безопасностью, а также энергоэффективностью устройства, в котором она работает.
Чего ждать в будущем?
Далее мы увидим, как компании будут прилагать все усилия, чтоб увеличить число энергии аккумулированной в максимально компактной батарее, а также снизить стоимость ее производства.
Вероятно, что цены на батареи уже не будут падать так быстро, как в прошлом, прежде всего из-за фактора добычи сырья. Большая часть инноваций ближайшего будущего будет связана с литий-ионными аккумуляторами. Отдельные исследования будут вестись параллельно с развитием литий-ионных технологий и коснуться нового формата батарей, возможно изменений ее структуры и химического состава. Изобретатели попробуют отказаться от «проблемных» металлов, в первую очередь кобальта.
Также мы увидим использование батарей для новых целей. В будущем они появятся на строительных площадках, в шахтах, промышленном оборудовании, заменяя собою дизельные генераторы. Весьма вероятно появления батарей в мелких устройствах, например, медицинских имплантах.
По материалам: theguardian.com. Подготовил: hevcars.com.ua
