3.4. Проблемы аккумулирования энергии
До сих пор мы предполагали, что в упомянутой выше цепочке процессы получения, преобразования, транспорта и непосредственного использования энергии неразрывны во времени. Если отвлечься от очевидной возможности создания запасов первичных органических энергоносителей и воды в водохранилищах, то сейчас нам предстоит обсудить проблему аккумулирования именно "полезных" видов энергии. Целесообразность таких накопителей энергии обусловлена тем, что потребность в том или ином виде энергии в течение суток, недели, месяца и т.д. у большинства комплексов потребителей не одинакова.
Так, ночью эти потребности, как правило, меньше, чем днем, в выходные дни меньше, чем в рабочие, летом меньше, чем зимой и т.п. В то же время для большинства установок, вырабатывающих энергию, предпочтителен режим работы с неизменной производительностью. Противоречие между меняющимися во времени запросами потребителей и ограниченной маневренностью производителей энергии может быть ликвидировано при включении в рассматриваемую цепочку аккумуляторов, заряд которых может осуществляться в периоды минимальной потребности, а разряд в периоды максимальной (пиковой) потребности в энергии.
Таким образом, создание накопителей полезных видов энергии является не самоцелью, а средством повышения эффективности энергоснабжения. Примечательно то, что в современных энергоснабжающих системах использование накопителей рассматривается в тех случаях, когда в технологической цепи имеется звено, связанное с выработкой электрической энергии. Это объясняется тем, что график потребления электроэнергии характеризуется наибольшей степенью неравномерности по сравнению, например, с потреблением тепла [II].
На сегодняшний день наиболее освоенным типом накопителя в энергетике являются гидроаккумулирующие электростанции, начало сооружения которых относится еще к концу прошлого века. Имеются единичные примеры создания инерционных накопителей, основным элементом которых является массивный маховик, раскручиваемый электродвигателем при заряде и отдающий энергию при разряде генератору переменного тока. Воздушно-компрессионный способ аккумулирования энергии был запатентован еще в 1949 году, однако первая промышленная установка начала функционировать в ФРГ лишь спустя 30 лет. В режиме накопления воздух с помощью компрессора нагнетается в естественные или искусственные хранилища, откуда при разряде он подается в газотурбинную установку, приводящую во вращение электрический генератор. Тепловые накопители, основанные на аккумулировании пара и горячей воды, применяются пока в ограниченных масштабах как в системах собственно теплоснабжения, так и в сочетании с генерированием электроэнергии.
В последние несколько десятилетий велись интенсивные исследования в области создания сверхпроводящих индуктивных накопителей энергии (СПИН). Эти разработки стали возможны в результате успехов в развитии техники производства сверхпроводящих материалов и получения низких температур (криогенной техники). Сооружение экспериментальных установок подтвердило возможность технической реализации крупномасштабных промышленных накопителей этого типа. Вместе с тем, на сегодня экономические показатели СПИН таковы, что их широкое применение является проблематичным.
Некоторые надежды здесь связывают с открытием в 1986 г. соединений, обладающих "высокотемпературной сверхпроводимостью", использование которых могло бы позволить существенно снизить затраты на систему криогенного обеспечения СПИН. Однако сегодня технология изготовления из таких материалов обмоточных проводов для катушек индуктивности СПИН еще не отработана. Поэтому говорить о перспективах применения СПИН в большой энергетике преждевременно.