Без водохранилищ, плотин и даже без воды: чем удивляет «новая» гидроэнергетика

По большому счету, в 20 веке львиная доля гидроэнергетики приходилась на равнинные станции. Остальные – горные ГЭС, приливные и прочие – добавляли ничтожную долю.

Именно равнинные электростанции в наши дни вызывают больше всего критики. Из-за плотин, перегородивших реки, вымирают миграционные виды рыб, такие как лосось и осетр. Водохранилища затопляют самые плодородные пойменные земли. А выбросы метана из водохранилищ ставят ГЭС в один ряд по вредности с тепловыми электростанциями.

И хотя их продолжают строить в некоторых странах, включая Китай и Индию, ясно, что дни такой гидроэнергетики сочтены.

Но это не значит, что гидроэнергетике в целом пришел конец. Мысль инженеров повернула в другом направлении.

Солнечная и ветряная энергетика тоже не безвредна, но куда безопаснее плотинных ГЭС. Беда в том, что ветер и солнце дают энергию неравномерно – значит, ее надо запасать на то время, когда генерация ослабевает. Например, накачивая насосами воду в резервуар, находящийся на большой высоте. Тогда во времена, когда энергии не хватает, можно спустить воду через гидротурбины и получить дополнительное электричество – такие системы и называются гидроаккумуляторами, или гидроаккумулирующими электростанциями (ГАЭС).

Для поклонников умной инженерии самое интересное только начинается. Творчески мыслящие конструкторы придумали множество вариантов гидроаккумуляторов.

Самый популярный в наши дни способ – это перекачивать энергию между двумя искусственными озерами, расположенными на разной высоте. Обустроить такую электростанцию можно только в холмистой местности с большим перепадом высот.

Существует упрощенный вариант их конструкции, когда в качестве нижнего резервуара используется река, канал или море – первым в мире примером морской ГАЭС стала станция «Янбару» в Японии, построенная в 1999 г.

Что если нет холмов? Тогда стоит поискать подходящие пустоты под землей – например, старые неиспользуемые шахты, – и превратить их в резервуар для воды. Расчеты ученых показывают, что эффективность таких хранилищ может быть даже выше, чем у традиционных ГАЭС.

Пока реализованных проектов такого типа в мире не существует, но их разработка ведется в ряде стран, где велась добыча полезных ископаемых – например, в Австралии, США и Финляндии.

Хранить воду под водой?! Это не шутка. В 2017 году проект StEnSea (Storing Energy at Sea – «хранение энергии в море») успешно провел месячные испытания подводной ГАЭС. Искусственная сфера была опущена на океанское дно. Из нее выкачивали воду, используя избыток электричества. А когда электроэнергии не хватало, вода снова заливалась в сферу через гидротурбину, вырабатывая электричество.

Прелесть этой конструкции в том, что в небольшой сфере можно запасти огромное количество энергии, если опустить ее достаточно глубоко – ведь чем глубже, тем выше давление и напор воды. А кроме того, для их работы не нужно ни затоплять земли, ни рыть шахты.

Даже если обустраивать резервуар на суше, его размеры можно существенно уменьшить путем увеличения плотности жидкости. Этим и занимается команда проекта RheEnergise: они разрабатывают гидроаккумулятор, который работал бы на суспензии частиц в воде, плотность которой в 2,5 раза выше, чем у простой воды.

Можно ли сделать так, чтобы вода поднималась вверх сама собой? Оказывается, можно. Для этого надо поставить в нижнем озере не насосы, а электролизеры – устройства, разлагающие воду на водород и кислород. Легкий водород будет подниматься по трубам и храниться в баллонах. А когда нужна энергия, его сжигают в газовых генераторах, получая электричество. При этом образуется вода, которую – вы, конечно, догадались – спускают через гидротурбины, получая еще порцию электричества.

Подозреваю, в ближайшем будущем мы увидим новые, еще более удивительные варианты дизайна ГАЭС. Возможно, автором одного из них будете вы?