Накопление энергии — одна из основных проблем мировой энергетики. Из-за того, что потребление электроэнергии происходит неравномерно в течение суток, электростанции зачастую работают в неоптимальном режиме. Промышленные энергонакопители помогают сделать энергосистему гибкой, сглаживая пики потребления.
Компания «Энергозапас» основана в 2016 году. На сегодня это единственная компания в России, которая занимается разработкой твердотельных аккумулирующих электростанций (ТАЭС).
Идея накопления энергии с помощью твердых грузов возникла у компании «Энергозапас» уже давно, Андрей Брызгалов предложил сохранять энергию, поднимая и спуская тяжелые грузы. Автоматизированная технология позволяет накапливать энергию за счет вертикального подъема и спуска тяжелых твердых грузов.
Во всем мире существует острая необходимость в накопителях энергии, так как они решают важнейшие для энергетики задачи. Во-первых, они способны выравнивать нагрузку на агрегаты электростанций, снижая аварийность. Во-вторых, сокращаются затраты на обслуживание сетей. В промышленном производстве неизбежно возникают пики мощности, при которых питающие подстанции испытывают перегрузки. Если устанавливать накопители на подстанции или у потребителя, пики потребления будут сглажены, а нагрузка на электросети уменьшится. В-третьих, энергонакопители могут использоваться в независимых энергосетях.
Команда специалистов 5 лет разрабатывала концепцию накопления энергии при помощи грузов, создав первый прототип твердотельной аккумулирующей электростанции.
Работа ТАЭС строится на тех же принципах, что работа ГАЭС, но вода заменяется спрессованным грунтом. При поднятии грузов на высоту используется электроэнергия из сети. Когда возникает потребность в высвобождении энергии, грузы опускаются под действием силы тяжести. Удельные капитальные затраты становятся оправданными при емкости накопителей от 300 МВт/ч. КПД прототипа составляет 60%, при увеличении мощностей он составит 80%.
Твердотельные АЭС могут строиться на любой местности, вне зависимости от перепадов высот. При этом площадь занимаемой территории будет в несколько раз меньше. По словам Андрея Брызгалова, чтобы получить такие же характеристики, что у ГАЭС, необходимо построить ТАЭС, которая займет территорию в 40 раз меньше. Важно и то, что эксплуатация ТАЭС экологически безопасна, а в случае возможной аварии отсутствует опасность техногенной катастрофы.
Решение, предложенное «Энергозапасом», представляет собой систему вертикальных лифтов. В 2018 году был построен прототип ТАЭС высотой в 20 метров и мощностью 10 КВт. В здании вдоль стен располагаются 8 шахт, которые представляют собой вертикальные колонны, связанные горизонтальными и наклонными распорками. В шахтах лифты поднимают грузы на высоту, потребляя излишки электроэнергии из сети. Грузы закрепляются вверху, а лифт спускается за новой партией. Спуск грузов происходит под действием силы тяжести. Это приводит в движение мотор-генератор, с помощью которого вырабатывается электроэнергия.
В лифтах ТАЭС отсутствуют противовесы. В качестве грузов используют крепкие полимерные мешки, наполненные спрессованным грунтом. Груз армируется геосеткой, чтобы снизить боковое давление и уменьшить требования к материалу оболочки.
Чтобы нивелировать воздействие ветра на сооружение, его окружили своеобразной «юбкой» шириной в четверть радиуса ТАЭС. Она преобразует горизонтальное давление ветра в вертикальную нагрузку. Также разработчики продумали, как преодолеть сейсмические колебания. В этом помогает сама конструкция. В каждый момент времени перемещается определенное количество грузов, а остальные выполняют роль отвеса и подавляют колебания.
Следующим шагом к полноценной промышленной ТАЭС стало строительство опытно-промышленной станции высотой 80 метров и мощностью 2,4 МВт.
Запуск опытно-промышленной ТАЭС запланирован на 2021 год. Здание имеет цилиндрическую форму диаметром 30 метров. Оболочка окружена так называемой Шуховской сеткой для устойчивости к ветровым нагрузкам. Внутри цилиндра располагаются рекуперативные подъемники и грузы, а также несущий каркас накопителя.
По словам Андрея Брызгалова, сооружение будет шоурумом, в котором можно тестировать электрофизическую установку, а также демонстрировать результаты. Он отмечает, что строительство сразу 300-метровой башни было нерациональным, так как энергетики должны увидеть работающую конструкцию и положительный опыт ее возведения и эксплуатации. В опытной установке будут использованы те же механические и электронные компоненты, а также строительные технологии, которые затем воспроизведут в промышленной ТАЭС. Кроме того, инженеры «Энергозапаса» представили VR-модель опытной ТАЭС, которая уже сейчас позволяет увидеть объект внутри и снаружи с большой степенью детализации.
Компания «Энергозапас» планирует запустить первую промышленную ТАЭС в 2025 году. При высоте в 300 метров и застройке площади около 1 км² емкость накопителя составит 10 ГВт/ч, а мощность ТАЭС — 1 ГВт. Отмечается, что мощность и емкость могут быть изменены по требованию заказчика.
