«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»
Комментарии (50)
wango_pama
08.06.2026 09:25Забыты аккумуляторы на основе расплава солей. Они очень дешевы (когда-то были, по крайней мере)
dekeyro
08.06.2026 09:25Они вот здесь упоминаются:
https://habr.com/ru/articles/986400/wango_pama
08.06.2026 09:25Ого, крутой анализ!
Но меня смущает что я на ютубе не вижу DIY-вариантов таких батарей
Akina
08.06.2026 09:25Электролиз подходит, в том числе, для очистки морской воды от соли.
По-моему, электролиз как раз очищает морскую воду от ... воды. Именно вода разлагается на составляющие и т.о. удаляется из исходного раствора.
Skigh
08.06.2026 09:25А "разрядка батареи" (сжигание водорода) - производит очищенную от морской соли воду. В теории - дистиллированную. В реальности при сжигании технического водорода в воздухе наверняка получаются какие-то примеси.
FatherYan
08.06.2026 09:25Энергетически выгоднее должно быть сжигание водорода в чистом кислороде, благо он у нас при электролизе получается как раз в нужном количестве. Странно что этот вариант не упомянут. Какие-то проблемы с хранением? Но вроде как хранение кислорода давно обкатанная технология.
YMA
08.06.2026 09:25Что будем делать с хлором, который выделяется на аноде вместе с кислородом? И с соединениями натрия, кальция, магния... - которые будут около катода формироваться?
Попробовать просто - взять дома стакан соленой воды, источник напряжения по вкусу, и электроды из разных материалов. Я в детстве баловался - собирал водород и бабахал его ;) Так там столько всякой "грязи" попутно получалось - хлориды электродов, гидроксид натрия...
А в морской воде целый букет веществ имеется. ;)
unC0Rr
08.06.2026 09:25Я в детстве делал электроды из угольных палочек, выковырянных из батареек, с ними меньше химических проблем.
Radisto
08.06.2026 09:25Не проводить электролиз хлоридов. Ну или как вариант, пропускать хлор через раствор, ранее получившийся у катода. Будет вместо раствора хлоридов раствор хлоратов вроде бертолетки. Только надо совместно с химпромом это делать, иначе реализовать не получится, не выгодно. А в составе химического кластера завод это переработает
agat000
08.06.2026 09:25А как насчет сравнения КПД этих систем? Потери на преобразование очень отличаются и могут съесть все преимущества по стоимости.
DGN
08.06.2026 09:25Ещё потери на хранение. Относительно без потерь хранят только гравитационные системы.
KN_Dima
08.06.2026 09:25Если водой шахту не затопит...
DGN
08.06.2026 09:25Стоит различать аварийность - загорелся аккумулятор, затопило шахту и т.п. и потери - саморазряд аккумуляторов, утечка водорода, испарение воды...
KN_Dima
08.06.2026 09:25Что толку в условном КПД, если это циклопическое (и потому дорогостоящее) сооружение в реальной жизни долго работать не сможет.
Я тут немного прикинул, и получилось, что на один дом, на ночь, нужна шахта глубиной 100м и с грузом 100т. Грубо говоря, танк на тросике.
Это ж сколько в деньгах выйдет - страшно представить.DGN
08.06.2026 09:25На ночь дому нормально и аккумулятор в подвале. Гравитационные системы (без саморазряда) интересны на сезонных интервалах. А они могут стоять в удобных местах, не обязательно рыть шахту.
KN_Dima
08.06.2026 09:25Гравитационные системы (без саморазряда) интересны на сезонных интервалах.
Вообще не интересны.
Они будут размером с море.
ksbes
08.06.2026 09:25Они и так размером с море - водохранилища называются. Водой как-то манипулировать проще чем твёрдыми телами. И даже поднимать не обязательно - просто прикройте шлюзы, пока идёт энергия от солнц/ветра, поднакопите кубокилометры воды и делов-то!
KN_Dima
08.06.2026 09:25Об этом и речь. ГЭС выглядит гораздо более продуманным решением, чем шахта и миллионы тонн песка, перевозимые туда-сюда.
DmitryOgn
08.06.2026 09:25Возможно шахту нужно именно затапливать (перемещать вверх-вниз не песок, а воду).
Вряд ли авторы идеи с песком представляют себе стоимость техники и работ для подземной разработки.
Там отдна откачка воды из шахты (снизу вверх) убъет все EROI.Radisto
08.06.2026 09:25Обычно предполагается старые выработки использовать, а не специально для этого шахты рыть хотя конечно не каждую шахту можно затопить водой, чтобы откачать потом. С соляными такой фокус лучше не проворачивать.
MaximArbuzov
08.06.2026 09:25Эти технологии подойдут для суточного хранения. Для сезонного хранения – закачивать теплоту в грунт возле дома или производить углеводороды из электричества.
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:
Цифры в таблице вызывают сомнения. 115 долларов за кВт-ч электричества – это крайне дорого.
Электролиз подходит, в том числе, для очистки морской воды от соли.
Хранение на сжатом воздухе тоже может пресную воду производить.
ksbes
08.06.2026 09:25закачивать теплоту в грунт возле дома
Любые тепловые способы хранения электроэнергии - это гигантские потери на преобразование (даже без учёта потерь при хранении). КПД тепловых преобразователей далёк даже не от 100% , а от 50%. Туда-сюда прогнать тепло - эффективность будет меньше чем у паравоза (5-10%).
Так что тепло имеет смысл хранить только прямо в месте непосредственной выработки (например, в башне тех же зеркальных солнечных станций)
Хранение в сжатом воздухе, кстати, тоже. Формулу PV/T - помним же со школы, да?
MaximArbuzov
08.06.2026 09:25Любые тепловые способы хранения электроэнергии - это гигантские потери на преобразование
Если запасать тепло в грунте, то делать из него электричество не нужно. Вместо этого нужно использовать тепло для отопления.
Хранение в сжатом воздухе, кстати, тоже. Формулу PV/T - помним же со школы, да?
При изотермическом сжатии-расширении формула энергии будет E = pV*ln(V1/V2). Зная давление и объём, можно рассчитать массу баллона. И получаются приемлемые значения для хранимой энергии на единицу массы. Для стационарного хранения подойдёт.
ksbes
08.06.2026 09:25При изотермическом сжатии-расширении … V1/V2 …
Какое изотермическое? Какое V1/V2? У вас объём - шахта. Константа. Воздух быстро охлаждается, но не так быстро, так что процесс - где-то между адиабатой и изохорой получается. Там как раз пытаются воду опреснять - чтоб хоть как-то “оправдать потери”, повысить “эффективный КПД”. А то совсем грустно получается.
MaximArbuzov
08.06.2026 09:25Какая шахта? Шахта – это только один из вариантов, баллоны перспективнее выглядят.
процесс - где-то между адиабатой и изохорой получается
Между адиабатой и изотермой.
inkelyad
08.06.2026 09:25Хранение в сжатом воздухе, кстати, тоже.
Вот, кстати, а почему воздухе? Почему не в каком-нибудь газе, который по дороге еще и сжижается? Вон, недавно на половине научпоп каналов китайские турбины на сверхкритической углекислоте обсуждали. Ну вот и будем в цистерны эту углекислоту закачивать. Тепло, что при этом выделяется, тоже неплохо бы старательно сохранить - чтобы потом испарять газ ловчее было.
ksbes
08.06.2026 09:25Воздух в бесконечное число раз дешевле, так-то. А тепло в таких объёмах, которые требуются (у сжатых газов довольно малая концентрация запасённой энергии на литр) сохранить фактически не реально в течении долгого времени
inkelyad
08.06.2026 09:25сохранить фактически не реально в течении долгого времени
Да ладно. Очень большая сферическая цистерна с горячей водой и теплоизоляция. Нам же не нужно 400C хранить, а надо, чтобы углекислота чуточку веселее испарялась.
polearnik
08.06.2026 09:25было бы лучше с помощью зеленого электричества генерировать метан или метиловый спирт. который потом сжигать зимой . но про такое я чтото не слышал. наверное сильно невыгодно.
wango_pama
08.06.2026 09:25Американская компания Air Company представила революционную установку Airmade, которая превращает углекислый газ из атмосферы в жидкое топливо — синтетический бензин. Аппарат размером с холодильник может производить до одного литра топлива в день, используя только воздух, воду и возобновляемую электроэнергию.
egosokoloff
08.06.2026 09:25но как?
dekeyro
08.06.2026 09:25в смысле - как? углекислый газ есть. в воздухе. Это углерод. Водород берем из воды.
КПД процесса не озвучиваем :-)
ksbes
08.06.2026 09:25Если энергия считается “дармовой” - то какая разница какой КПД? Грубо говоря - если ветряк и панель не выдают 100% мощности - то это по-любому потери (особенно для панелей - деградация идёт, электричество - нет). И топливо лишним никогда не будет, даже в век электричек (в крайней мере на синтез пустить можно).
Ну а как аккумуляция - это конечно не самый лучший вариант. Зато Гретту порадует - углеродный след отрицательный же!
MaximArbuzov
08.06.2026 09:25КПД процесса не озвучиваем :-)
Даже КПД 10% будет приемлем. Так как будет использоваться избыточная электроэнергия, цена которой близка к нулю.
dekeyro
08.06.2026 09:25Вопрос стоимости производства этого генератора. И стоимости обслуживания.
Это высокие температура и давление. Это почти наверняка катализаторы и механические движущиеся части.
вопрос - окупит ли произведенное за время жизни этого генератора топливо стоимость этого устройства.
Если окупит - тогда любой КПД устроит нас.п.с. конечно я не беру в расчет ситуации когда стоимость устройства не важна.
vanxant
08.06.2026 09:25Видимо, для гравитационного хранилища шахта полагается бесплатной. Иначе капексы бы тут глядели на остальную часть таблицы из ионосферы Солнца.
dekeyro
08.06.2026 09:25Видел несколько проектов где используются старые, уже построенные шахты
rasde
08.06.2026 09:25Ценник обслуживания у шахт все еще получается чертовски негуманный. Особенно с учетом того, что для нормальной работы такую старую шахту необходимо как минимум восстановить, и, естественно, отбить затраты на такое восстановление (если оно вобще будет возможным).
Есть один тип шахт, который идеально подходит для таких гравитационных аккумуляторов, но, боюсь, дяденьки в камуфляже и погонах откажутся от предложения поделиться.DmitryOgn
08.06.2026 09:25В тех шахтах глубина небольшая, не километры. Зато хорошо укрепленные стены.
В горных наоборот. Глубина может быть километры, но крепи временные.
Dreams_and_magic
08.06.2026 09:25
Читал в детстве про супермаховики, от автора этого изобретения. Крутая книжка:) ksbes
08.06.2026 09:25Да, тоже читал, действительно крутая!
Но она, кстати и хорошо показывает почему маховики не взлетели и не взлетят. Пружинный предел-с.
dekeyro
08.06.2026 09:25Спасибо большое за ссылку, пропустил это в свое время. Много интересного материала
CitizenOfDreams
08.06.2026 09:25Благодаря изоляции лёд сохраняется в течение нескольких дней, давая достаточно времени для отдельного контура с гликолем, который выталкивает холодный воздух в окружающую среду.
Ох уж эти сказочники. Если учебник физики нам не врет - а я ему доверяю больше, чем чуваку с Ютуба - то таяние 10 килограммов льда эквивалентно 37 минутам работы мелкого оконного кондиционера на 5000BTU. Добавим к этому нагрев получившейся воды с 0 до +10С, получим еще 5 минут работы.
ksbes
08.06.2026 09:25Не переживайте, ещё чуть чуть и человек переизобретёт погреб и ледник в нём! А то и самый экологически чистый способ охлаждения жилища!
MaximArbuzov
08.06.2026 09:25Как я понял, там имеется в виду хранение льда, а не использование. Иными словами, саморазряд такого аккумулятора не сильно большой.
colscy
08.06.2026 09:25Весьма странно преобразовать солнечную энергию в электричество с кпд 24% максимум. чтобы потом с помощью электричества произвести холод. Есть же проверенный временем абсорбционный цикл "холодильника Морозко", который позволяет получать холод из тепла. почему бы не использовать их?
stantum
Почему-то все больше публикаций напоминают школьные рефераты.