«Солнечный бум» последнего десятилетия слабо ощущается в РФ, но хорошо заметен в США, Европе и Китае, где строят гигантские солнечные фермы на тысячи гектаров. На потребительском рынке тоже ажиотаж, ведь в солнечных широтах можно полностью обеспечивать дом электроэнергией, если покрыть крышу солнечными панелями. И даже на зарядку автомобиля хватит, если крыша большая.
Самый важный вопрос — как хранить энергию, накопленную в солнечное время, чтобы выдавать её зимой, когда солнца мало.
Обычные литий-ионные аккумуляторы — слишком дорогое решение, хотя цены на них упали в десять раз с 2010 года. Но всё равно есть варианты дешевле и эффективнее, включая солевой расплав, сжатый воздух, гравитацию и лёд.
Несмотря на быстрый прогресс в развёртывании солнечных фотоэлектрических систем по всему миру, возникли несколько проблем, требующих инновационных решений. Актуальной проблемой стала перегрузка сети, поскольку инфраструктура не успевает за ростом числа солнечных установок. Требуется модернизация сети и внедрение гибридных систем возобновляемой энергетики, в том числе с новыми технологиями длительного хранения энергии.
Есть много способов длительного хранения энергии: от химических и тепловых аккумуляторов до маховиков и сжатого воздуха.
Тепловые аккумуляторы
Накопители тепловой энергии (теплоаккумулирующие системы) — очень эффективный подход, потому что при фазовом переходе высвобождение энергии более стабильно, чем в химических батареях:
Также можно выбрать из широкого спектра материалов: камни, соль, вода и др. Для хранения энергии эти материалы нужно либо нагревать, либо охлаждать. Здесь выбор в основном зависит от того, как мы хотим использовать эту энергию в будущем.
Солевой расплав
Солевой расплав (термическая соль) — это жидкая смесь неорганических солей (например, нитратов натрия и калия), которая используется для эффективной передачи и масштабного накопления тепловой энергии.
Например, в стартапе Malta (был в составе Alphabet) разработали такую систему: две цистерны с солью и две — с недорогим антифризом. Сначала с помощью теплового насоса нагревают соль, запасая в ней тепло. Когда нужна энергия, соль соединяют с холодным антифризом: тёплый и холодный воздух сталкиваются, образуя поток ветра, который вращает турбину.
Хранение энергии в виде льда
Автор YouTube-канала @HyperspacePirate своими руками собрал установку с аккумулятором энергии в водяном льду. Такой накопитель лучше всего подходит для воздушного кондиционирования, систем охлаждения, холодильников.
На самом деле кондиционер — это один из самых распространённых приборов в домашней энергосети, а для него лёд хорошо подходит.
Солнечная энергия от фотоэлектрических панелей заряжает аккумулятор до полного заряда. Затем микроконтроллер запускает реле на инверторе переменного тока, который запускает компрессор охлаждения в резервуаре с водой. Это приводит к фазовому переходу воды из жидкого состояния в лёд. Впоследствии таяние льда позволит извлечь тепловую энергию из окружающего воздуха и тем самым обеспечить охлаждение.
После заправки основного компрессорного контура N-бутаном R600 автор испытал систему с небольшим солнечным фотоэлектрическим массивом, который замораживает ведро воды. Благодаря изоляции лёд сохраняется в течение нескольких дней, давая достаточно времени для отдельного контура с гликолем, который выталкивает холодный воздух в окружающую среду.
Лёд как носитель для хранения энергии предпочтительнее солевого расплава, ещё и потому, что здесь разница с окружающей средой гораздо меньше. Соответственно, меньше затраты на поддержание температуры, то есть на хранение этого носителя тепловой энергии:
«Зелёный» водород
Это довольно стандартный и хорошо известный способ хранения энергии, когда запускается электролиз воды с разделением на водород и кислород.
Вода присутствует абсолютно везде, даже на Марсе, так что такую систему можно запускать в любых условиях. Нужны только баллоны для хранения сжатого водорода под давлением, что немного опасно и затрудняет строительство установки своими руками.
Для последующего освобождения энергии водород сжигают (окисляют) в кислородсодержащей среде (воздухе), в результате чего снова образуется вода.
Электролиз подходит, в том числе, для очистки морской воды от соли.
Проточные аккумуляторы
Проточные аккумуляторы (редокс-батареи) — это промышленные накопители энергии, где электричество запасается в жидких электролитах, циркулирующих через электрохимический блок.
Сжатый воздух
Хранение энергии на сжатом воздухе (CAES, Compressed-Air Energy Storage) — это технология крупномасштабного аккумулирования, при которой избыточная электроэнергия используется для сжатия воздуха. В часы пикового спроса воздух высвобождается, нагревается и вращает турбины для выработки электричества.
В 1978 году в Хунторфе (Германия), была введена в эксплуатацию первая в мире коммерческая установка CAES на 290 МВт.
Маховики
Маховичный накопитель энергии (Flywheel energy storage, FES) — накопитель механической энергии, в котором энергия накапливается и сохраняется в виде кинетической энергии вращающегося маховика.
Накопитель на основе супермаховика обладает одним из самых высоких удельных мощностных показателей среди существующих накопителей энергии.
Гравитационное хранилище
В 2023 году группа исследователей из разных стран опубликовала научную статью с описанием, как использовать заброшенные шахты в качестве гравитационного хранилища энергии. Суть метода показана на схеме:
По расчётам учёных, шахта глубиной 1 км с использованием 40 млн тонн песка способна произвести 200 МВт⋅ч, а после этого может работать как аккумулятор.
Сравнение стоимости
В научной статье 2025 года сравнивается экономическая эффективность разных методов хранения энергии по показателю LCOE (levelized cost of electricity), то есть усреднённой стоимости итогового электричества:
|
Технология |
Ключевые особенности |
Оптимальное применение |
Цена |
|
Гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС) |
Гравитация перемещает воду между резервуарами |
Долгосрочное хранение, балансировка сети |
$165 |
|
Литий-ионные батареи |
Высокая энергетическая плотность, быстрая реакция, масштабируемость |
Краткосрочное и среднесрочное хранение, сглаживание пиковых нагрузок |
$115 |
|
Проточные батареи |
Отдельное масштабирование энергии и мощности, долгий срок службы |
Среднесрочное хранение энергии, интеграция возобновляемых источников |
$160 |
|
Системы накопления энергии сжатым воздухом (CAES) |
Сжимает воздух в подземных хранилищах |
Средне- и долгосрочное хранение, большой масштаб |
$293 |
|
Тепловое хранилище |
Хранит тепло или холод для последующего преобразования в электричество |
Долгосрочное хранение, промышленное или локальное использование |
$232 |
|
Хранение в виде водорода |
Преобразует электричество в водород с помощью электролиза для долгосрочного хранения |
Сезонное хранение, «зелёный» водород |
$4,8−19 |
|
Хранилище на основе маховиков |
Хранит кинетическую энергию во вращающихся массах |
Регулирование частоты, короткие импульсы мощности |
$400−900 |
|
Суперконденсаторы |
Быстрая зарядка/разрядка, высокая плотность мощности |
Поддержка напряжения, контроль частоты |
$337 |
|
Гравитационное хранилище |
Тяжёлые грузы поднимаются избыточной энергией и опускаются для генерации |
Долгосрочное хранение, низкая деградация, новая технология |
$0,12−0,25 |
Источники информации для этой таблицы — отчёт Battery Energy Storage Systems Report от Министерства энергетики США, база Energy Storage Cost and Performance Database и презентация Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA). Цены для всех указаны за 1 кВт·ч на 2025 год, только суперконденсаторы — прогноз на 2030 год.
Как видим, среди всех способов длительного хранения энергии сильно выделяется гравитационное хранилище, которое значительно дешевле всех остальных: всего лишь $0,12−0,25 за 1 кВт·ч генерации. Возможно, в этом расчёте учтена «бесплатная» энергия, которую мы получаем на этапе ввода в эксплуатацию аккумулятора, когда погружаем грузы на дно шахты.
Будущее энергетики
Солнечная энергетика — это уже не какой-то малозначительный источник «альтернативной энергии», к которому раньше относились немного снисходительно. В докладе IRENA говорится, что это «основа мировой энергетической системы». Может это преувеличение, а может и взгляд в будущее.
Коммерческие солнечные модули регулярно показывают КПД выше 22%, а модели высшего класса — 24–25% при оптимальных условиях. В то же время затраты значительно снизились — с 2020 года цены на инверторы упали на 40%, а на системы отслеживания — на 35%. Усовершенствованные практики эксплуатации и использование алгоритмов предиктивного обслуживания дополнительно снизили текущие затраты на 15–20%.
В регионах Солнечного пояса (Ближний Восток, Индия, Чили) минимальный LCOE — от $0,018 до $0,03 за кВт·ч благодаря исключительно высоким уровням инсоляции, превышающим 2200 кВт·ч/м² в год. В регионах с умеренным климатом (Северная Европа, Северо-Запад США и Япония) LCOE обычно в диапазоне от $0,04 до $0,08 за кВт·ч из-за более низкой инсоляции (900–1300 кВт·ч/м² в год). Себестоимость солнечной энергии упала до такого уровня, что сейчас это самый выгодный источник энергии не только на южных широтах, но даже в Великобритании.
Теоретически, доля угля, нефти и газа в мировой энергетике должна сокращаться. Но по факту их потребление в абсолютных цифрах растёт и ставит новые рекорды с каждым годом. Парадокс:
Тем не менее, во многих странах действуют программы по постепенному отказу от ископаемого топлива, что даёт результат:
К 2025 году гибридные солнечно-аккумуляторные установки стали стандартом в новых проектах, обеспечивая стабильную мощность, регулирование частоты и повышенную устойчивость сети. Но кроме литий-ионных технологий, постепенно внедряются и новые технологии хранения. Исследователи, инженеры и производители должны совместно работать, чтобы превратить лабораторные открытия в масштабируемые, коммерчески жизнеспособные решения.
© 2026 ООО «МТ ФИНАНС»
Автор: alizar
