Использование для этой цели электрохимических аккумуляторов кажется крайне спорным решением. Во-первых, это дорогое удовольствие. Во-вторых, они опасны для окружающей среды, что ставит под сомнение саму идею перехода на возобновляемые источники энергии. К счастью, есть и другие варианты. Например, механические батареи. Они хранят энергию без химических реакций, довольствуясь положением или движением физических объектов. Концепции многих из них были сформулированы в далёком прошлом, и это, вполне возможно, будет триумфальное возвращение.
Сжатый воздух
Человечество придумало множество способов хранения энергии, однако те, которые прошли испытание временем, могут неплохо проявить себя и в будущем, особенно если немного улучшить их некоторыми современными дополнениями. Начать этот рассказ можно с того, что знакомо каждому из нас – со сжатого воздуха. Первый воздушный насос был изобретён в далеком 1650 году. Затем эта концепция нашла себе множество применений - от пневматических тормозов до невероятно шумных отбойных молотков. Использовать её можно и для аккумуляции энергии. Представьте себе компрессор высокого давления, который нагнетает воздух в огромную камеру, например, в пещеру или заброшенную шахту. Обратно энергия извлекается посредством электрической турбины. Преимуществами такой установки будут дешевизна и способность начать подачу тока всего через 12 минут после соответствующей команды, что в два раза быстрее, чем у обычных тепловых электростанций. Кроме того, запасенная энергия может храниться здесь в течение долгого времени.
Никуда не деться и от некоторых недостатков. В полном соответствии с релевантным законом термодинамики, часть энергии, идущей на сжатие воздуха, превратится в тепло, которое рассеется. Воздух при декомпрессии охлаждается, и его нужно будет подогревать, чтобы он не повредил турбины, то есть энергия будет теряться и на выходе. Это означает, что эффективность полного цикла подобных батарей будет хуже, чем у современных химических аккумуляторов - 60-70% против 90%. Впрочем, при желании инженеры могли бы подтянуть этот показатель
Гравитационный накопитель
Название этой технологии звучит очень современно и даже футуристично. Однако в сущности это батарея, которая запасает энергию, полученную в результате действия силы тяжести на груженый железнодорожный состав. Принцип работы тут незатейлив. Сначала локомотив поднимает вверх по склону вагоны, наполненные камнями или другим тяжелым материалом. Чем больше энергии надо аккумулировать, тем больше вагонов затаскивается вверх. Затем состав скатывается, преобразуя гравитацию Земли в электроэнергию посредством рекуперативного торможения. Эта идея, кстати, используется в некоторых гибридных и электрических автомобилях.
Сила тяжести используется в интересующем нас качестве как минимум с четырнадцатого века, когда появились первые механические башенные часы с подвешенными грузами. В наши дни изобретено несколько типов гравитационных накопителей. Можно упомянуть, например, краны, которые сначала поднимают массивные блоки, а затем опускают их, вырабатывая энергию. Однако единственная относительно мощная установка подобного типа, всерьез разрабатывающаяся в наши дни, имеет всё-таки железнодорожное базирование. Её ёмкость составляет около пятидесяти мегаватт, и это меньше, чем у упомянутой выше системы, использующей сжатый воздух. Однако она имеет ряд преимуществ. Для этой технологии не нужны шахты и пещеры - всего лишь склон крутизной не менее 5%. Эффективность полного цикла составляет около 78%, а время запуска - от пяти до десяти секунд.
Супермаховик
Маховик - это в некотором смысле то же колесо, вращающееся вокруг вала. Чтобы привести его в движение, требуется значительная энергия, однако, раскрутившись, он стремится сохранить её. Впоследствии её можно извлекать посредством замедления вращающегося диска - это что-то вроде рекуперативного торможения, описанного чуть выше. Маховики были изобретены в глубокой древности. Они стабилизировали вращение гончарных кругов как минимум в третьем тысячелетии до нашей эры. Сегодня они знакомы каждому автомобилисту благодаря тому, что превращают микровзрывы внутри двигателя внутреннего сгорания в плавное и равномерное кручение колёс. Первый маховик, использовавшийся для аккумулирования энергии, был разработан в 1833 году и был установлен на самых ранних самодвижущихся торпедах.
Естественно, есть у маховиков и недостатки. Они не годятся для накопления энергии на обычных электростанциях, так как в день теряют до двадцати её процентов из-за трения. Однако если с помощью технологий космической эры создать «супермаховик», ситуация кардинальным образом изменится. Это, допустим, композитные углеродные материалы, вращение в вакууме, сверхпроводящие магнитные подшипники. Это сделает его легче и компактнее, снизит процент потерь от трения, увеличит скорость вращения и электроемкость. Естественно, стоимость таких установок тоже будет космической, особенно в сравнении с двумя технологиями, описанными чуть выше. Тем не менее, эти инвестиции могут с лихвой окупиться, так как эффективность полного цикла может достичь 90%. Время срабатывания подобной системы будет составлять менее одной секунды. Кроме того, относительно небольшие размеры позволят использовать супермаховики в устройствах бесперебойного питания, на железнодорожном транспорте и внутри гибридных автомобилей.
