Энергия ветра и солнца — чистая, но капризная. Сегодня — избыток, завтра — тишина. В солнечные дни панели вырабатывают больше, чем нужно, а ночью — ноль.

Чтобы свет в домах не зависел от погоды, человечество придумало простое, но гениальное решение — хранить лишнюю энергию.

Эти «запасы на черный день» позволяют электросетям работать ровно и без перебоев, даже когда природа берёт выходной.

"По мере роста использования возобновляемых источников энергии становится все более важным наращивать емкость систем накопления энергии" — говорит Шайлин Сетеген, инженер-химик из Массачусетского технологического института (MIT), изучающего системы накопления энергии.

Сегодня во многих странах уже появились огромные «батарейки» — целые комплексы аккумуляторов, способные питать города, когда солнце за облаками или ветер затих. Развитие идёт стремительно, и таких проектов становится всё больше.

Но технологии не стоят на месте: инженеры ищут новые способы хранения энергии — от свежих идей до решений, о которых мир уже успел забыть.

1. Батарея на сжатом воздухе

Первая установка для хранения энергии на основе жидкого воздуха, которая почти 50 лет оставалась без внимания, наконец-то будет запущена в эксплуатацию в 2026 году. Она надеется составить конкуренцию сетевым литиевым аккумуляторам и гидроэнергетике в области хранения чистой энергии и сократить необходимость использования ископаемого топлива.

Процесс состоит из трех этапов. На первом этапе воздух забирается из окружающей среды и очищается. На втором этапе он многократно сжимается до очень высокого давления. На третьем этапе воздух охлаждается до жидкого состояния с помощью многопоточного теплообменника : устройства, включающего множество каналов и трубок, по которым транспортируются вещества с разной температурой, что позволяет контролировать передачу тепла между ними.

Когда энергосистеме требуется дополнительная энергия, жидкий воздух используется в работе. Он откачивается из хранилища и испаряется, снова превращаясь в газ. Затем он используется для привода турбин, вырабатывающих электроэнергию для энергосистемы. После этого воздух выбрасывается обратно в атмосферу.

2. Гравитационная батарея

Ученые из Университета Ватерлоо придумали необычный способ хранить энергию солнца и ветра — с помощью силы тяжести. Их новая система твердотельного гравитационного накопления энергии может стать альтернативой привычным аккумуляторам.

Принцип ее работы прост и гениален одновременно. Представьте себе огромный лифт, внутри которого поднимается и опускается тяжелая платформа из бетона или стали. Когда электроэнергии слишком много — например, в солнечный или ветреный день — двигатель поднимает эту платформу вверх. Избыток энергии превращается в гравитационную. А когда выработка падает, масса опускается вниз, приводя в действие генератор и возвращая энергию в сеть.

По сути, это современная версия старого принципа: поднял груз — запас энергии; опустил — получил электричество. Главное преимущество в том, что такие установки можно строить прямо в городах, не занимая много места и не нанося вреда экологии.

Исследователи уже доказали, что технология работает не только на бумаге. Она технически осуществима и даже готова к коммерческому применению. Возможно, в будущем именно такие «умные лифты» помогут городам стать полностью энергонезависимыми.

3. Песчаная батарея

Финская компания Polar Night Energy нашла способ превращать обычный песок в хранилище чистой энергии. Их «песчаная батарея» сохраняет тепло, выработанное солнечными или ветровыми электростанциями, и отдаёт его тогда, когда это действительно нужно — например, зимой, в пасмурную и холодную погоду.

Внутри установки — огромная емкость, заполненная песком. Когда энергии в сети избыток, ее направляют на нагрев песка до температуры около 600 °C. Материал способен удерживать тепло неделями, почти без потерь. Когда возникает потребность, система отдает накопленную энергию, превращая жар песка в тепло для зданий, фабрик или промышленных процессов.

Эта технология уже работает в Финляндии, помогая городам экономить на отоплении и сокращать выбросы углерода. В ближайшие годы разработчики собираются пойти дальше — сделать так, чтобы песчаная батарея могла не только хранить, но и преобразовывать тепло обратно в электричество. Это сделает её одним из самых универсальных решений для хранения возобновляемой энергии.

Больше интересной информации про источники энергии и энергетику в телеграм-канале ЭнергетикУм

Процесс начинается в верхнем резервуаре (1), который всасывает наружный воздух. Резервуар наполовину заполнен водой, а воздух и вода попеременно подаются в спирали, идущие вниз по компрессору. По мере вращения спиралей гравитация толкает воду и воздух вниз. Объем спирали за один оборот уменьшается вдоль спирали (2). Гравитация стремится удерживать воду в горизонтальном положении, но давление воздуха выталкивает воду из равновесия, создавая стоячие водяные поршни с разницей в высоте (3). Для каждого оборота спирали эта разница в высоте создает более высокое давление. Процесс сжатия эффективно охлаждается на протяжении всего процесса за счет воды, достигая почти изотермического процесса с превосходной эффективностью. Спирали заканчиваются в нижнем резервуаре (4), где вода и сжатый воздух разделяются. Вода рециркулируется в верхний резервуар (1), используя свое давление и преобразуя это давление в потенциальную энергию, которая повторно используется в спирали. Воздух переходит в верхний резервуар следующей ступени (5) и новый набор спиралей (6) для дальнейшего сжатия. Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будет достигнуто общее давление. Воздух поставляется потребителям, таким как завод или промышленность.

https://enairon.com/industrial-air-compressors/#technical-sp...