Ночью качаем, днем сливаем
Гидроаккумуляторы появились задолго до того, как в мире встал ребром вопрос о возобновляемых источниках энергии и аккумуляторах для них. Эти приборы появились исключительно из экономических соображений — они позволяют в некотором роде спекулировать электроэнергией.
Если вы занимаетесь оплатой счетов за электроэнергию, то знаете, что ночью энергия дешевле, чем днем. Причем ощутимо — разница более чем в два раза. Это связано с тем, что ни атомные, ни тепловые электростанции не могут резко снижать выработку энергии и вынуждены отдавать ее даже при низком спросе. На ТЭЦ, оснащенных паровыми турбинами, процессы имеют большую инерцию, а на АЭС для уменьшения мощности вообще нужно заглушить один или несколько энергоблоков.
Из-за разницы в цене электроэнергии в зависимости от времени суток многие бережливые граждане стараются, к примеру, запускать стиральную машину ночью. Экономия, правда, получается небольшая — все равно основная нагрузка на сеть ложится днем. А что если запасать ночную энергию, когда она дешевая? Вот на этом и основана идея гидроаккумулятора. Причем в региональных масштабах выгода получается колоссальная.
Еще одна проблема, которую успешно решают гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) — накопление энергии ветровых и солнечных электростанций. Встречаются весьма изящные решения: например, на базальтовом хребте ставят ветряки, а внутри горного массива создают гидроаккумулятор. Снаружи — тишь и благодать, вся механика спрятана в горе. Впрочем, и более привычные наземные ГАЭС тоже шумят не очень сильно.
Как это работает
Принцип работы ГАЭС прост. Есть два водоема, верхний и нижний. Ночью с помощью электрических мотор-генераторов вода закачивается наверх. Когда начинается время «дорогого тарифа», воду пускают вниз и те же мотор-генераторы вырабатывают электричество. Разумеется, потери энергии неизбежны, но они невелики: у современных ГАЭС эффективность составляет 70−75%, так что овчинка точно стоит выделки. Да, вот так просто — включил кнопку два раза в сутки и заработал. Разумеется, ГАЭС надо не только построить, но и обслуживать, так что одним нажатием кнопки обойтись не получится. Кроме того, в реальности воду спускают не одним потоком, а по запросу сети — порциями, десятки раз в день.
Строить ГАЭС относительно недорого. Они обходятся намного дешевле, чем гидроэлектростанции. Впрочем, есть и свои сложности — трубы нужно прокладывать по склону, а где склоны, там и оползни. Но все равно это получается проще, чем возводить плотину ГЭС и все сопутствующие ей сооружения.
Загорская ГАЭС: трубы с трехэтажный дом
Масштабы гидроаккумулирующих станций поражают. Например, на подмосковной Загорской ГАЭС, самой мощной в России (1200 МВт), между верхним и нижним водоемами проложено шесть труб диаметром 7,5 м каждая. У внутренней стальной трубы толщина стен составляет 10 мм, у внешней железобетонной — 40 мм.
Поскольку склон, как правило, не идеально прямой, а длина труб составляет 760 м, они должны облегать рельеф. Поэтому их конструкция составная: секции длиной по 40 м соединены вставками из листовой резины, чтобы обеспечивать гибкость труб при перепадах температуры. Примечательно, что перепад высоты между нижним и верхним бассейнами Загорской ГАЭС составляет всего 104 м. Это немного, но достаточно для эффективной работы гидроаккумулятора. А построили эту ГАЭС еще в СССР: первые гидроагрегаты на ней запустили в 1987 году.
В России Загорский гидроаккумулятор является самым мощным из аналогичных. К нему строят вторую очередь, которая прибавит к энергоемкости сооружения еще 840 МВт. Эксперты предполагают, что тогда объект станет самой крупной электростанцией Москвы и области. Это утверждение не вполне корректно, ведь гидроаккумулятор — не электростанция, он не вырабатывает энергию, а лишь позволяет тратить ее рациональнее.
В масштабах планеты
В мире на сегодня существуют сотни ГАЭС различной мощности: в Китае, США, Европе. Первый гидроаккумулятор в истории построили еще в конце XIX века в Швейцарии для производственных нужд. Да, электромоторы тогда уже были и активно развивались. Правда, у первых ГАЭС эффективность была всего 40%, и развитие они получили только во второй половине XX века, с появлением высокопроизводительных мотор-генераторов. Сейчас самая мощная ГАЭС в мире (3,6 ГВт) находится в Китае, в провинции Хэбэй.
В России таких станций три:
- самая первая в стране Кубанская;
- Зеленчукская ГЭС-ГАЭС — там гидроаккумулятор работает в комплексе с электростанцией;
- Загорская.
Кроме того, на данный момент проектируются семь аналогичных станций, но перспективы их запуска неизвестны. Так в 2017 году «РусГидро» отказался от проекта Ленинградской ГАЭС, объявив его нерентабельным. При этом во всем мире ГАЭС продолжают строить. Например, китайскую станцию в провинции Хэбэй сдали в эксплуатацию в 2021 году. Объем инвестиций в нее составил свыше €2,5 млрд. И в Поднебесной не собираются останавливаться — там разработан план развития системы ГАЭС до 2035 года.
