Компания Quidnet Energy из США предложила недорогую альтернативу гидроаккумулирующим накопителям энергии. Вместо подъёма воды на высоту для последующего спуска через турбины технология Quidnet предполагает закачку воды под давлением в недра земли — шахты и пещеры. В феврале 2025 года технология была испытана в Техасе в масштабе хранения мегаватт-часов энергии и доказала свою готовность к повсеместному внедрению.

Источник изображения: Quidnet Energy

Компания Quidnet была основана в 2015 году и на сегодняшний день привлекла более 60 млн долларов инвестиций от таких компаний, как Hunt Energy Network, Prime и Breakthrough Energy Билла Гейтса (Bill Gates). Основатель Microsoft в 2020 году передал Quidnet 10 млн долларов на развитие и подготовку демонстрационного проекта в масштабе хранения мегаватт-часов энергии. В конечном итоге эксперимент был проведён на площадке Quidnet в Техасе недалеко от Далласа.

Создание традиционных гидроаккумулирующих мощностей требует организации огромной запруды на значительной высоте. Для хранения достаточного объёма энергии в воде, поднятой на высоту, необходимы поистине циклопические сооружения, которые по определению не могут быть дешёвыми.

Идея Quidnet Energy состоит в том, чтобы закачивать воду в резервуары, расположенные в земле, — естественные или специально созданные. Согласно расчётам, затраты на создание таких подземных накопителей энергии в пересчёте на каждый киловатт будут как минимум в два раза ниже, чем на строительство традиционных гидроаккумулирующих хранилищ.

Как и в случае гидроаккумулирующих накопителей, геомеханический аккумулятор Quidnet использует излишки энергии из возобновляемых источников для закачки воды под землю под давлением. Однако этот процесс значительно проще: вода поступает в шахту под давлением из близлежащего водоёма (пруда). Поскольку вода практически не сжимается, накопление энергии происходит за счёт увеличения механического напряжения в горной породе — в стенках импровизированного резервуара. В идеале резервуар должен иметь линзовидную структуру, но для удешевления проекта подойдёт практически любой.

После закачки воды под землю клапан перекрывают и открывают только при необходимости выработки электроэнергии. Вода проходит через турбины и возвращается в наземный водоём, откуда её можно снова закачать под землю. Благодаря замкнутому циклу потери воды минимальны.

В Quidnet подчёркивают, что создание подобных накопителей уже фактически отлажено буровиками: все процессы и процедуры — от бурения до прокладки труб — стандартизированы и имеют промышленную базу. Это немаловажный фактор для массового внедрения подобных геомеханических аккумуляторов. Вдохновлённые результатами эксперимента, разработчики готовы приступить к масштабному проекту по интеграции системы в национальную электрораспределительную сеть.

Властям Австралии пришлась по душе идея хранения запасов энергии под землёй в сжатом воздухе. Впервые эту технологию реализовали в Германии пятьдесят лет назад, но сегодня абсолютными лидерами в этой области стали китайцы. В Австралии имеется буквально море солнечной энергии, и её излишки становятся головной болью для энергетиков континента. Первый в стране проект по закачке воздуха под землю начнёт реализовываться в этом году и, по всей видимости, не станет последним.

Источник изображения: Hydrostor

Строительством воздушно-компрессионной системы накопления излишков энергии из возобновляемых источников в Австралии займётся канадская компания Hydrostor. Для его реализации выбрана заброшенная шахта недалеко от шахтёрского городка Брокен-Хилл (Broken Hill) в Новом Южном Уэльсе (NSW). Оборудование площадки позволит запасать 1,6 ГВт·ч электричества при совокупной мощности 200 МВт.

Компания Hydrostor уже заключила договор с владельцем местной высоковольтной линии электропередачи, подключающей городок к национальной австралийской электрораспределительной сети, на поставку излишков в национальную сеть. Сам городок сможет питаться от аккумулятора на сжатом воздухе в течение нескольких дней и даже недель.

Компания специально зарезервирует 250 МВт·ч энергии при мощности 50 МВт для питания города в периоды перебоев с электричеством, которые в этом регионе случаются довольно часто из-за ураганов. В настоящее время для этих целей используются два дизельных генератора, которые будут ликвидированы после запуска проекта.

По оценкам подрядчика, строительство объекта займёт три–четыре года. Работы начнутся позже в этом году. После ввода объекта в эксплуатацию воздух будет сжиматься и закачиваться в шахту, используя излишки энергии ветровых и солнечных электростанций региона. При необходимости воздух будет нагреваться и направляться на турбины генераторов, вырабатывающих электричество для потребителей. Инвестиции в проект составят 655 млн австралийских долларов ($415 млн).

Группа исследователей из Китая разработала технологию, которая позволит восстанавливать ёмкость старых литий-ионных аккумуляторных батарей за счёт добавления в них новых порций лития. Такой подход позволит существенно продлить срок службы батарей, но на данном этапе технология применима только в промышленных масштабах, например, в системах хранения энергии.

Источник изображений: techspot.com

На старение литий-ионных аккумуляторов влияет несколько факторов, включая увеличение межфазного слоя твердотельного электролита на аноде, который поглощает ионы лития и увеличивает сопротивление. Со временем к этому прибавляется деградация электродов и разрушение электролита, что в целом приводит к снижению ёмкости батареи.

Обычно проблема изношенных аккумуляторов решается их заменой. Однако китайские учёные применили иной подход к этому вопросу. Они задействовали алгоритм на базе искусственного интеллекта и законы органической химии для создания специального литийсодержащего соединения, которое высвобождает литий при попадании в батарею с определённым напряжением.

Используя эту технологию, учёные сумели почти полностью восстановить ёмкость сильно деградировавшей литий-железо-фосфатной батареи, потерявшей 15 % ёмкости. В целом же, учёные считают, что разработанная ими технология потенциально позволит увеличить срок службы аккумуляторов на 12-16 тыс. циклов зарядки и разрядки.

Однако здесь не обошлось без нюансов. Например, технология добавления лития применима только к батареям определённой конструкции, которая позволит закачивать литийсодержащее вещество. Также непонятно, будет ли технология актуальна для потребительских литий-ионных аккумуляторов, поскольку они имеют несколько другой химический состав, чем промышленные батареи.

Тем не менее, для крупномасштабных систем хранения энергии, где максимальная отдача от дорогостоящих батарей очень важна, возможность продления срока службы аккумуляторов за счёт добавления лития, вероятно, не только сократит расходы, но и сделает такие системы более экологичными. Более детальная информация об исследовании китайских учёных опубликована в журнале Nature.

Компания Group1 выпустила первый в мире калиево-ионный аккумулятор, выполненный в широко распространённом цилиндрическом форм-факторе 18650. Новинка была представлена в рамках 14-й ежегодной конференции Beyond Lithium, и она может стать важным шагом на пути создания стабильных и экономически выгодных альтернатив привычным литийионным батареям.

Источник изображений: Group1

Калиево-ионные батареи формата 18650 относятся к категории перезаряжаемых аккумуляторов. В качестве носителя заряда в них используются ионы калия, тогда как в литийионных аналогах эту роль исполняют ионы лития. В дополнение к этому представленное изделие выполнено в том же форм-факторе, что и широко распространённые литийионные батареи — диаметр 18 мм и длина 65 мм.

В компании отметили, что инновационная калиево-ионная батарея стала результатом многолетних исследований и разработок. Особого внимания заслуживает впечатляющая производительность представленного источника питания. В ходе серии испытаний было установлено, что он не только оправдал, но и превзошёл ожидания исследователей.

В сообщении сказано, что батарея продемонстрировала выдающуюся долговечность, что говорит о её способности выдержать множество циклов зарядки/разрядки до существенного снижения ёмкости. Эта особенность крайне важна для разных сфер применения, включая электромобили, где долговечность аккумулятора имеет важнейшее значение. Кроме того, калиево-ионный аккумулятор показал высокую энергоёмкость.

Калиево-ионный аккумулятор работает при стабильном напряжении 3,7 В, а значит, его можно использовать в современных электронных устройствах. Он также демонстрирует тенденцию к достижению гравиметрической плотности энергии на уровне 160-180 Вт·ч/кг, что соответствует аналогичному показателю у литий-железо-фосфатных батарей. Высокая плотность хранения указывает на то, что батарея может накапливать значительное количество энергии по отношению к своей массе. Это делает калиево-ионную батарею подходящей для использования в сегментах, где требуется высокая производительность, например, в электромобилях и портативной электронике.

Любопытно, что решение создать калиево-ионный аккумулятор формата 18650 является стратегическим. Поскольку батареи 18650 имеют широкое распространение, калиево-ионный аналог будет совместим с большим количеством современных устройств. В Group1 уверены, что калиево-ионная батарея может стать достойной заменой для литий-ионной и натрий-ионной батарей.

Учёные представили новую технологию хранения энергии, которая использует недорогие материалы: воду, цемент и технический углерод. Дороги и фундаменты домов теперь смогут стать источником энергии в виде углеродно-цементных суперконденсаторов.

Источник изображения: Simone Hutsch/Unsplash

Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) и Института биологической инженерии Висса Гарвардского университета разработали инновационный способ хранения энергии, используя воду, цемент и технический углерод (сажу), сообщает BBC. Как выяснилось, технология имеет потенциал для решения проблемы хранения возобновляемой энергии и снижения зависимости от природных ресурсов, таких как литий.

Дамиан Стефанюк (Damian Stefaniuk), один из ведущих исследователей проекта, описал момент, когда впервые загорелся светодиод, подключенный к бетонному суперконденсатору, как «чудесный день». Первоначально многие не верили, что это возможно, но последовательное соединение нескольких суперконденсаторов позволило получить напряжение 3 В, достаточное для питания светодиода. Далее исследователи увеличили напряжение до 12 В и даже смогли запитать портативную игровую консоль.

Источник изображения: Damian Stefaniuk

Суперконденсаторы обладают рядом преимуществ перед литийионными аккумуляторами, так как они заряжаются гораздо быстрее и не подвержены снижению ёмкости со временем. Однако, они также быстро разряжаются, что ограничивает их применение в устройствах, требующих стабильной зарядки в течение длительного времени, таких как смартфоны, ноутбуки или электромобили.

Тем не менее, исследователи видят большой потенциал в применении углеродно-цементных суперконденсаторов для хранения избыточной энергии, получаемых возобновляемыми источниками, главным образом на ветряных и солнечных электростанциях. Это позволит снизить нагрузку на электросеть в периоды, когда не дует ветер и не светит Солнце. Среди возможных вариантов применения указываются создание дорог, накапливающих солнечную энергию для беспроводной подзарядки электромобилей, и фундаментов домов, хранящих энергию для питания жилых помещений.

На данный момент, кубический метр бетонного суперконденсатора может хранить около 300 Вт·ч энергии, что достаточно для питания 10-ваттной светодиодной лампы в течение 30 часов. Исследователи планируют построить более объёмные версии оборудования, в том числе суперконденсатор до 45 кубических метров, способный хранить около 10 кВт·ч энергии, что достаточно для питания целого дома в течение дня.

Однако технология ещё не идеальна. Добавление большего количества технического углерода повышает ёмкость суперконденсатора, но одновременно снижает прочность бетона. Кроме того, производство цемента само по себе является источником до 8 % антропогенных выбросов CO₂ в мире. Тем не менее, исследователи работают над оптимизацией состава бетона и рассматривают возможность использования цемента с низким уровнем выбросов, производимого из побочных продуктов сталелитейной и химической промышленности.

Майкл Шорт (Michael Short), руководитель Центра устойчивой инженерии при Университете Тиссайд в Великобритании, считает это исследование многообещающей инновацией, открывающей множество интересных возможностей использования искусственной среды в качестве носителя энергии. Однако, он также отмечает, что часто новые открытия сталкиваются с проблемами при переходе от лабораторных условий к широкому развёртыванию. Дальнейшие исследования и разработки в этой области могут привести к созданию более эффективных и экологически чистых решений для хранения энергии.

По данным китайской госкомпании China Southern Power Grid Energy Storage, 11 мая в стране начала функционировать первая промышленная станция хранения энергии, использующая натрий-ионные аккумуляторные батареи. Её построили в Наньнине, административном центре и крупнейшем городе Гуанси-Чжуанского автономного районе на юге Поднебесной.

Источник изображения: China Southern Power Grid Energy Storage

По данным источника, ёмкость станции на момент запуска составляет 10 мегаватт-часов, а после того, как будет завершены все этапы её расширения, этот показатель увеличится до 100 мегаватт-часов. В сообщении сказано, что на станции используются натрий-ионные элементы питания ёмкостью 210 А·ч каждый.

Отмечается, что зарядить такой аккумулятор до 90 % можно всего за 12 минут. В общей сложности в состав системы входит 22 тыс. элементов питания. Когда проект выйдет на полную мощность, станция будет отдавать ежегодно 73 тыс. мегаватт-часов энергии в год. Этого достаточно для обеспечения энергией 35 тыс. домохозяйств. При этом выбросы углекислого газа в атмосферу снизятся на 50 тыс. тонн в год.

По данным китайских специалистов, эффективность преобразования энергии в системе хранения на основе натрий-ионных аккумуляторов превышает 92 %. Это сопоставимо с аналогичным показателем традиционных систем хранения энергии на основе литий-ионных элементов, где показатель эффективности обычно составляет 85-95 %.

Отмечается, что к моменту организации крупномасштабных производств натрий-ионных аккумуляторов, цена таких элементов может снизиться на 20-30 %. Этому также будет способствовать дальнейшее совершенствование конструкции элементов питания, улучшение производственных процессов, используемых материалов и др. Конечная цель состоит в том, чтобы за счёт перераспределения максимально снизить стоимость электроэнергии для конечных потребителей.