- Автолюбители знают: частые разгоны и торможения увеличивают расход топлива и износ деталей машины, - говорит один из участников проекта Петр Кропотин. - Аналогичная ситуация и у электростанций. Ведь потребителю как в течение суток, так и в разные климатические сезоны нужно разное количество энергии, скажем, ночью, меньше, чем днем. Как избавить станции от "капризов" потребителя? Выход очевиден. В идеале станции должны работать в постоянном режиме на номинальной мощности. "Складируя" избыток энергии, когда ее больше, чем нужно потребителю, и возвращать, когда появляется дефицит. Для такого маневра и нужны накопители энергии.
Сегодня самый распространенный в мире "склад" - гидроаккумулирующие электростанции. Они появились в конце XIX века. По ночам воду закачивают из нижнего бассейна в верхний, а днем она стекает обратно и вращает турбины. Хорошее решение, но одно плохо - сфера применения таких накопителей очень ограниченна. Их имеет смысл строить вблизи водоемов, где перепад высот несколько сотен метров. Например, для Швейцарии это выход, а для России малопригодно. У нас энергосистема развита в основном на равнинной местности.
Новосибирские ученые предложили радикальный вариант: заменить воду на твердый грунт, а турбины и насосы - на систему специальных подъемников. Поднимая и опуская на тросах грунт, можно накапливать и вырабатывать электроэнергию. Главное достоинство очевидно: подобный накопитель (твердотельная аккумулирующая электростанция - ТАЭС) можно строить где угодно. Ему не нужна ни вода, ни перепады высот. Но есть и другие плюсы. Эксплуатация экологически безопасна, а в случае аварии нет техногенной угрозы за пределами станции.
По расчетам авторов проекта, мощность ТАЭС в принципе может достигать 1 ГВт. В таком гигантском накопителе будет ежедневно "складироваться" 10 миллионов киловатт-часов энергии! Достаточно, чтобы обеспечить такой мегаполис, как Москва, в течение часа. Размеры "склада", конечно, поражают: высота - 300 метров, что чуть меньше Эйфелевой башни и вдвое превышает пирамиду Хеопса, а площадь основания вообще в разы больше - порядка одного квадратного километра. Несмотря на такие грандиозные размеры ТАЭС, она в несколько раз меньше ГАЭС аналогичной мощности и емкости.
- В таком накопителе потребуется поднимать и опускать более 14 миллионов тонн груза, - говорит Петр Кропотин. - Но так как грунт будет извлекаться при строительстве фундамента станции, то обойдется относительно недорого.
Именно низкие капитальные затраты на строительство - одно из ключевых преимуществ сибирского мегапроекта перед зарубежными разработками. Как же будет работать такой монстр? Как управлять миллионами тонн, которые надо то поднимать, то опускать? Надо сразу подчеркнуть, что система - вовсе не этакий спортсмен-тяжеловес, который ставит рекорды, единовременно тягая огромный груз. Миллионы тонн "расфасованы" по 60 тонн, и каждый такой груз со скоростью около 1 м/сек движется вверх и вниз в своей шахте. Ее формируют четыре колонны. Всего шахт около 230 тысяч. Организация надежной и эффективной работы этой армады "грузчиков" - главное ноу-хау авторов проекта.
Конечно, если устанавливать двигатель в каждую шахту, то цена ТАЭС становится неподъемной. Авторы проекта предлагают вариант, когда один подъемник обслуживает сразу несколько сотен шахт. Каждый подъемник имеет мощность около 400 кВт. Регулируя их число, можно набирать необходимую мгновенную мощность: 400 кВт, 800 кВт, 1200 кВт и т.д. "Таким образом, потребитель может сам управлять режимом работы накопителя, - говорит Петр Кропотин. - Например, если на крупном заводе периодически включаются и выключаются мощные печи, то перепады мощности от них сможет сгладить такой склад энергии".
Хотя сегодня этот проект выглядит фантастическим, его экономическая целесообразность у специалистов не вызывает сомнений. По данным Минэнерго России, уже в 2025 году ежегодный объем мирового рынка накопителей энергии составит более 18 миллиардов долларов. Затраты на строительство ТАЭС аналогичны расходам на гидроаккумулирующую станцию, КПД - около 80 процентов. По расчетам, прослужит ТАЭС не менее полувека. Проект курирует "Роснано", поддерживает Агентство стратегических инициатив и рабочая группа рынка "Энерджинет" Национальной технологической инициативы.
Прототип ТАЭС малой мощности высотой 20 метров уже работает в Новосибирске. Сегодня команда ученых готовит проект Опытно-промышленной станции. Это стенд высотой 75 метров, который планируется разместить в Сколково. Его запуск намечен на конец 2020 года.