Хранение энергии: серьезная проблема на пути Китая к углеродно-нейтральному 2060 году

Время чтения: 6 мин

Фото: ZAWYA

Автор: Крис Удеманс

Переход на возобновляемые источники энергии — это один из шагов Китая по достижению углеродной нейтральности к 2060 году. Страна стремится к тому, чтобы они составляли 50% от общих установленных электрических мощностей к 2025 году по сравнению с 42% в текущем годуОднако лишь 0,7% всей солнечной и ветровой энергии, производимой Китаем в настоящее время, можно хранить. По мере роста доли возобновляемых источников энергии правительство принимает меры по увеличению потенциала накопления энергии. В этой статье рассмотрим, как работает накопление энергии и почему оно играет важную роль в достижении Китаем углеродной нейтральности.

К концу 2020 года в Китае было установлено 500 млн МВт солнечной и ветровой энергии, что эквивалентно 15 млрд солнечных панелей или 206 тыс. ветрогенераторов. В ближайшее десятилетие страна хочет удвоить эту цифру.

Возобновляемые источники могут производить почти безграничный запас энергии, но так получается не всегда. В пасмурный и безветренный день большая часть энергии будет вырабатываться за счет угля, даже если 40% имеющихся мощностей приходится на возобновляемые энергоресурсы. Чтобы бороться с этой проблемой, возобновляемую энергию нужно накапливать и использовать, когда ее недостаточно. 

В 2021 году Государственное управление по делам энергетики КНР потребовало, чтобы новые проекты в области возобновляемых энергоресурсов включали в себя накопители. Местные власти провинций Хунань, Цинхай, Гуйчжоу, автономного района Внутренняя Монголия и других регионов выдвинули похожие требования. Новые проекты данной отрасли должны иметь возможность хранить не менее 5% энергии, которую производят. 

Для Китая развертывание систем хранения энергии имеет решающее значение. Стране необходимо, чтобы возобновляемые источники энергии могли составить конкуренцию ископаемому топливу. В 2021 году управление по делам энергетики установило первую национальную цель по новым накопителям: увеличить текущую мощность почти в восемь раз с 3,8 ГВт в 2020 году до 30 ГВт в 2025-м.

Идеальной пропорции для промышленных накопителей не существует. В основном эксперты обсуждают, как дорого должно обходиться хранение энергии, чтобы страны полностью перешли на возобновляемые источники.

Основные виды

Работой по развертыванию мощностей хранения энергии в Китае руководит правительство. При этом основную роль играют госкомпании, а частный сектор, включая производителей аккумуляторов BYD и CATL, участвует в проектах локально. 

Наиболее распространенной формой хранения энергии в Китае являются гидроаккумуляторы: на них приходится более 90% всей энергоемкости. Другие формы, включая батареи, маховики и хранилища сжатого воздуха, развиваются по мере роста количества ветряных и солнечных электростанций в стране. Гидравлические аккумуляторы менее эффективны, чем обычные. Однако это не так важно, потому что в пиковые периоды эти источники могут производить большие объемы энергии.

Сила воды. Гидроаккумуляторы — это форма хранения, которая позволяет экономить электроэнергию, перекачивая воду из нижнего резервуара в верхний без серьезных энергозатрат. Затем воду можно использовать для выработки энергии в пиковые часы потребления.

  • В 2019 году Китай установил более 2/3 новых гидроаккумулирующих мощностей в мире. По данным Международной гидроэнергетической ассоциации, в том же году общая гидроэнергетическая мощность страны достигла 30 ГВт.
  • Согласно отчету Китайского альянса по хранению энергии 2020, использование гидроаккумуляторов сокращается по мере роста использования батарей.

Электрохимическое хранение. Из множества способов батареи играют одну из самых важных ролей в хранении энергии ветряных и солнечных станций. Они похожи на аккумуляторы для электромобилей, телефонов или компьютеров, только намного больше по размеру.

Одни из крупнейших производителей аккумуляторов в мире базируются в Китае. Фирмы BYD и CATL специализируются на батареях для электромобилей и принимают активное участие в развитии индустрии промышленных накопителей.

В июле 2021 года CATL подписала соглашение с газовой компанией Towngas о создании совместного предприятия для установки систем хранения энергии в промышленных парках. BYD и CATL предоставляют коммерческие и сетевые системы хранения энергии для возобновляемых источников.

  • Батареи составляют 6,8% всех мощностей хранения энергии в стране.
  • Существуют различные формы батарей в зависимости от материала производства и способа применения. Например, литий-ионные аккумуляторы используются в электронных устройствах и электромобилях, более крупные проточные батареи — в тяжелой промышленности.
  • Батареи являются наиболее эффективным хранилищем энергии, но и самым неэкологичным. Требуются огромные ресурсы по добычи сырья для их изготовления и утилизации.
  • Батареи обладают высокой стоимостью, однако затраты на них снижаются. По данным Китайского альянса по хранению энергии, с 2012 года стоимость литий-ионных систем хранения упала на 75%.
  • Такие батареи изготавливают на линиях по производству аккумуляторов для электромобилей.
  • По данным IHS Markit, литий-ионные аккумуляторы лучше всего подходят для расширения масштабов хранения энергии, учитывая быстрое развитие Китая в электромобильной отрасли.

Новые претенденты

Гидроаккумуляторы и батареи составляют большую часть мощностей по хранению энергии в Китае. Однако есть и другие технологии, которые были одобрены государством, но еще не получили широкого распространения.

Батареи движения. Хотя маховики пока не распространены повсеместно, правительство Китая подчеркнуло, что они являются эффективным способом хранения энергии. Эти устройства накапливают энергию вращения тяжелых колес на высоких скоростях.

  • В большинстве случаев для ускорения вращения колеса используется электричество. Энергия вырабатывается за счет включения устройства наподобие турбины, которое замедляет колесо.
  • 23 июля Национальная комиссия по развитию и реформам КНР опубликовала план по увеличению новых способов хранения энергии почти вдвое. В это число входят аккумуляторы, маховики и технология сжатого воздуха.
  • В 2016 году престижный китайский Университет Цинхуа и корпорация Sinopec разработали прототип маховикового накопителя энергии, мощность которого составила более 1 МВт.
  • В 2020 году в городе Шэньян провинции Ляонин на северо-востоке Китая была подключена маховиковая система накопления энергии;
  • В настоящее время маховики используются в качестве эксперимента. Такие «механические батареи» составляют менее 0,01% мощностей хранения энергии в Китае.

Сжатый воздух. Технология сжатого воздуха для хранения энергии используется уже несколько десятилетий, и все еще считается эффективной. Для сжатия воздуха применяют электричество, часто этот процесс проходит в больших подземных камерах. Для получения энергии воздух выпускается и приводит в движение турбину, которая вырабатывает электричество.

  • На технологии сжатого воздуха приходится всего 0,03% мощностей хранения энергии в Китае.
  • Технология экологична, когда для сжатия газа, который позже высвобождается, используются возобновляемые источники.
  • По заявлению Китайского альянса по хранению энергии в 2020 году, технология аккумулирования энергии с помощью сжатого воздуха обладает многими преимуществами, включая высокую производительность, эффективность, экологичность, а также низкую стоимость. По этим причинам она считается одной из самых перспективных крупномасштабных технологий хранения энергии.

Поскольку становится все труднее найти места для гидроаккумуляторов, Китай, вероятно, увеличит количество батарей для хранения энергии в течение следующих пяти лет. Однако батареи имеют свои проблемы в долгосрочной перспективе: они загрязняют окружающую среду, а их переработка еще не достигла нужных объемов. Поскольку Китая стремится к углеродной нейтральности, стоит обратить особое внимание на развитие маховиков и технологии сжатого воздуха.

Подготовила Дарья Вишнякова