Во всем мире стремительно растет интерес к альтернативным источникам энергии. С 2009 года количество фотоэлектрических установок увеличивалось ежегодно в среднем на 40 процентов, а мощность установленных ветровых турбин удвоилась.
Резкий рост ветровой и солнечной энергетической промышленности привел профильные компании к необходимости начать крупномасштабные испытания технологий, способных аккумулировать излишки чистой электроэнергии и отдавать ее по требованию, когда солнечного света и ветра недостаточно.
Группа исследователей из Стэнфорда решили оценить «энергетическую стоимость» изготовления батарей и других технологий для стабильной работы электрической сети, чтобы ответить на вопрос, способны ли альтернативные источники дать энергии больше, чем затрачивается на их производство, а также на производство устройств накопления.
«Всякий раз, когда вы создаете новую технологию, первоначально вы должны вложить в нее много энергии», говорит Майкл Дейл, ученый из Стэнфорда. «Исследования показывают, что ветрогенераторы и солнечные установки уже производят больше энергии, чем потребляют. Вопрос в том, сколько ветряная и солнечная промышленность может запасать энергии для стабильной работы, чтобы оставаться стабильным поставщиком в электросети?»
В своей статье от 19 марта, опубликованной в интернет-издании журнала Energy & Environmental Science, Дэйл и его коллеги сообщают, что ветряная промышленность может позволить себе сохранять энергию, достаточную для более чем трехдневного бесперебойного питания. Однако промышленность солнечной энергетики может позволить себе только около 24 часов хранения запаса энергии. Это происходит потому, что производство солнечных батарей более энергозатратно, чем изготовление ветряков.
«Мы рассмотрели, какую дополнительную нагрузку способны нести солнечные и ветряные установки, при работе с устройствами хранения», говорит Дэйл, ведущий автор работы. «Наш анализ показывает, что современная ветряная промышленность, даже с большой инфраструктурой для хранения, энергетически устойчива. Мы обнаружили, что солнечная энергетика может достичь такой же устойчивости при условии уменьшения энергии, которая уходит на создание солнечных батарей». Также необходимо снижение энергозатрат при производстве батарей.
Потребители привыкли, что электричество поступает к ним в необходимом количестве от электростанций, работающих на угле, природном газе и даже нефти. Но эти ископаемые виды топлива, обеспечивая надежное, круглосуточное получение энергии, также испускают мегатонны парниковых газов, способствующих глобальному потеплению. Ветряные и солнечные фермы вырабатывают энергию, не производя вредных выбросов, но только тогда, когда дует ветер и светит солнце. Избыточная энергия может быть сохранена для последующего использования, но в современных энергосистемах устройства хранения имеют недостаточную емкость, так что приходится использовать другие способы, чтобы достичь стабильности подачи электроэнергии.
В исследовании рассмотрены разнообразные технологии хранения в энергетических системах, в том числе аккумуляторы и геологические системы, такие, как гидроаккумулирующие электростанции. Результаты использования ветроэнергетики очень благоприятны. «Ветряные технологии производят гораздо больше энергии, чем потребляют», говорит Дэйл. «Наше исследование показало, что ветер способен произвести излишек энергии, для поддержания работы батарей или системы геологического хранения в течении 72 часов. Это говорит о том, что отрасль способна обеспечивать общество чистой энергией, несмотря на безветренную погоду в течении до трех дней».
«Результаты обнадеживают», говорит соавтор исследования Салли Бенсон, профессор разработки энергетических ресурсов и директор GCEP, Глобального проекта климата и энергии в Стенфорде. «Они показывают, что мы можем создать устойчивую энергетическую систему, которая растет и поддерживает себя путем объединения работы ветра и систем хранения. Это зависит от темпа роста отрасли, потому что чем быстрее вы растете, тем больше энергии необходимо для строительства новых турбин и батарей».
Что касается солнечной энергетики, команда Стэндфордского университета обнаружила, что для создания устойчивой энергетической сети еще многое предстоит сделать. Исследование показало, что некоторые солнечные технологии являются энергетически невыгодными, то есть они потребляют больше энергии, чем возвращают в электросети. С энергетической точки зрения, такие технологии «не могут поддерживать никакого уровня хранения», заключается в исследовании.
«Наш анализ показал, что с энергетической точки зрения, большинство фотоэлектрических технологий могут позволить себе только до 24 часов хранения, с равным участием в системе батарей и гидроаккумулирующих станций», говорит Дэйл.
Одно из преимуществ ветроэнергетики над энергетикой солнечной — быстрая окупаемость вложений. Бенсон поясняет: «В течение нескольких месяцев ветряная турбина генерирует достаточно энергии, чтобы окупить всю энергию, что ушла на ее производство. У фотоэлектрических элементов срок окупаемости почти два года. Мы должны найти способы сокращения расходов на их производство».
Команда ученых из Стэнфорда основное внимание уделила энергетической стоимости создания систем хранения на ветряных и солнечных фермах. Исследователи не учитывали энергию, необходимую для создания сети, замены батарей каждые несколько лет, не считали финансовые затраты на проектирование и постройку больших систем хранения.
