Cum să stochezi energia. Sare topită, aer comprimat și un super volant

Industria energiei electrice este una dintre puținele domenii în care nu există depozitare pe scară largă a „produselor” produse. Stocarea industrială a energiei și producția de diferite tipuri de dispozitive de stocare este următorul pas în industria mare de energie electrică. Acum această sarcină este deosebit de acută - împreună cu dezvoltarea rapidă a surselor de energie regenerabilă. În ciuda avantajelor incontestabile ale surselor de energie regenerabilă, rămâne o problemă importantă care trebuie rezolvată înainte de introducerea și utilizarea pe scară largă a surselor alternative de energie. Deși energia eoliană și solară sunt ecologice, generarea lor este intermitentă și necesită stocarea energiei pentru utilizare ulterioară. Pentru multe țări, o sarcină deosebit de urgentă ar fi obținerea de tehnologii sezoniere de stocare a energiei - din cauza fluctuațiilor mari ale consumului de energie. Ars Technica a pregătit o listă cu cele mai bune tehnologii de stocare a energiei, iar despre câteva dintre ele vom vorbi.

Acumulatoare hidraulice

Cea mai veche, matură și răspândită tehnologie de stocare a energiei în volume mari. Principiul de funcționare al acumulatorului hidraulic este următorul: există două rezervoare de apă - unul este situat deasupra celuilalt. Când cererea de energie electrică este scăzută, energia este utilizată pentru a pompa apă în rezervorul superior. În orele de vârf de consum de energie electrică, apa este drenată la un hidrogenerator instalat acolo, apa învârte o turbină și generează electricitate.

În viitor, Germania intenționează să folosească vechile mine de cărbune pentru a crea rezervoare de stocare cu pompare, iar cercetătorii germani lucrează la crearea unor sfere de hidrostocare gigantice din beton amplasate pe fundul oceanului. În Rusia există PSPP Zagorskaya, situat pe râul Kunya lângă satul Bogorodskoye din districtul Sergiev Posad din regiunea Moscovei. Zagorskaya PSPP este un element important de infrastructură al sistemului energetic al centrului, participând la reglarea automată a fluxurilor de frecvență și putere, precum și acoperirea sarcinilor zilnice de vârf.

După cum a spus Igor Ryapin, șeful departamentului Asociației „Comunitatea consumatorilor de energie”, la conferința „Noua energie”: Internetul energiei, organizată de Centrul Energetic al Școlii de Afaceri Skolkovo, capacitatea instalată a tuturor acumulatorilor hidraulici din lume este de aproximativ 140 GW, avantajele acestei tehnologii includ un număr mare de cicluri și o durată lungă de viață, eficiență de aproximativ 75-85%. Cu toate acestea, instalarea acumulatorilor hidraulici necesită condiții geografice speciale și este costisitoare.

Dispozitive de stocare a energiei cu aer comprimat

Această metodă de stocare a energiei este similară în principiu cu hidrogenerarea - totuși, în loc de apă, aerul este pompat în rezervoare. Folosind un motor (electric sau altul), aerul este pompat în rezervorul de stocare. Pentru a genera energie, aerul comprimat este eliberat și rotește turbina.

Dezavantajul acestui tip de dispozitiv de stocare este eficiența scăzută datorită faptului că o parte din energia în timpul comprimării gazului este transformată în formă termică. Eficiența nu este mai mare de 55%; pentru o utilizare rațională, unitatea necesită multă energie electrică ieftină, astfel încât în ​​prezent tehnologia este utilizată în principal în scopuri experimentale, capacitatea totală instalată în lume nu depășește 400 MW.

Sare topită pentru stocarea energiei solare

Sarea topită reține căldura pentru o lungă perioadă de timp, așa că este plasată în centrale solare termice, unde sute de heliostate (oglinzi mari concentrate asupra soarelui) colectează căldura din lumina soarelui și încălzesc lichidul din interior - sub formă de sare topită. Apoi este trimis în rezervor, apoi, printr-un generator de abur, rotește turbina, care generează electricitate. Unul dintre avantaje este că sarea topită funcționează la o temperatură ridicată - mai mult de 500 de grade Celsius, ceea ce contribuie la funcționarea eficientă a turbinei cu abur.

Această tehnologie ajută la extinderea programului de lucru sau la încălzirea camerelor și la furnizarea de energie electrică seara.

Tehnologii similare sunt folosite în Parcul Solar Mohammed bin Rashid Al Maktoum - cea mai mare rețea de centrale solare din lume, unite într-un singur spațiu din Dubai.

Sisteme redox în flux

Bateriile Flow sunt un container imens de electrolit care trece printr-o membrană și creează o sarcină electrică. Electrolitul poate fi vanadiu, precum și soluții de zinc, clor sau apă sărată. Sunt fiabile, ușor de utilizat și au o durată de viață lungă.

Nu există încă proiecte comerciale, capacitatea totală instalată este de 320 MW, în principal în cadrul proiectelor de cercetare. Principalul avantaj este că până acum este singura tehnologie a bateriei cu producție de energie pe termen lung - mai mult de 4 ore. Dezavantajele includ volumul și lipsa tehnologiei de reciclare, care este o problemă comună la toate bateriile.

Centrala electrică germană EWE intenționează să construiască cea mai mare baterie cu debit de 700 MWh din lume în Germania în peșteri în care anterior a fost stocată gazul natural, relatează Clean Technica.

Baterii tradiționale

Acestea sunt baterii similare cu cele care alimentează laptopurile și smartphone-urile, dar de dimensiune industrială. Tesla furnizează astfel de baterii pentru centralele eoliene și solare, iar Daimler folosește baterii de mașini vechi pentru asta.

Depozitare termică

O casă modernă trebuie răcită - mai ales în climatele calde. Instalațiile de stocare termică permit înghețarea apei stocate în rezervoare peste noapte; în timpul zilei, gheața se topește și răcește casa, fără aerul condiționat obișnuit costisitor și costurile inutile cu energia.

Compania californiană Ice Energy a dezvoltat mai multe proiecte similare. Ideea lor este că gheața este produsă numai în perioadele de vârf ale rețelei electrice, iar apoi, în loc să risipească energie electrică suplimentară, gheața este folosită pentru a răci încăperile.

Ice Energy colaborează cu firme australiene care caută să aducă pe piață tehnologia bateriilor de gheață. În Australia, datorită soarelui activ, se dezvoltă utilizarea panourilor solare. Combinația de soare și gheață va crește eficiența energetică generală și respectarea mediului în locuințe.

Volant

Superflywheel este un acumulator inerțial. Energia cinetică a mișcării stocată în el poate fi convertită în electricitate folosind un dinam. Când apare nevoia de electricitate, structura generează energie electrică prin încetinirea volantului.

Ideea principală a întregului proiect este de a asigura continuitatea alimentării cu energie generată din surse alternative, în primul rând vântul și soarele.

Holdingul Alphabet, din care face parte Google, are o divizie numită „X”, care se ocupă de proiecte care arată ca științifico-fantastică pură. Unul dintre aceste proiecte este acum pe cale să fie implementat. Se numește Project Malta și Bill Gates va lua parte la el. Adevărat, nu direct, ci prin fondul său Breakthrough Energy Ventures. Este planificat să aloce aproximativ 1 miliard de dolari.

Încă nu este clar când vor fi alocate fondurile exact, dar intențiile tuturor partenerilor sunt mai mult decât serioase. Ideea unei instalații de stocare a energiei, din care o parte este un rezervor de sare topită și o parte din care este un lichid de răcire răcit, îi aparține omului de știință Robert Laughlin. Profesor de fizică și fizică aplicată la Universitatea Stanford, Loughlin a primit Premiul Nobel pentru fizică în 1998.

Ideea principală a întregului proiect este de a asigura continuitatea alimentării cu energie generată din surse alternative, în primul rând vântul și soarele. Da, desigur, există diverse tipuri de sisteme de baterii care vă permit să stocați energie în timpul zilei și să o eliberați noaptea sau în perioade de timp care sunt problematice pentru sursele alternative (înnorat, calm etc.). Dar ele pot stoca o cantitate relativ mică de energie. Dacă vorbim despre amploarea unui oraș, regiune sau țară, atunci nu există astfel de sisteme de baterii.

Dar ele pot fi create folosind ideea lui Laughlin. Acesta oferă următoarele elemente structurale:

• O sursă de energie verde, cum ar fi o centrală eoliană sau solară, care transferă energie în stocare.
• În continuare, energia electrică conduce pompa de căldură, transformând electricitatea în căldură și se formează două zone - cald și răcit.
• Căldura este stocată sub formă de sare topită; în plus, există un „rezervor rece”, acesta este un lichid de răcire foarte rece (de exemplu).
• Când este nevoie de energie, „motorul termic” (un sistem care poate fi numit o pompă anti-căldură) este pornit și electricitatea este generată din nou.
• Cantitatea necesară de energie este trimisă în rețeaua generală.

Laughlin a primit deja un brevet pentru tehnologie, așa că acum este doar o chestiune de tehnologie și finanțare. Proiectul în sine poate fi implementat, de exemplu, în California. Aici s-au „pierdut” aproximativ 300.000 kWh de energie generată de centralele eoliene și solare. Faptul este că a fost produs atât de mult încât nu a fost posibil să se păstreze întregul volum. Și acest lucru este suficient pentru a furniza energie la peste 10.000 de gospodării.

O situație similară a apărut și în Germania, unde în 2015 s-a pierdut 4% din energia eoliană. În China, această cifră a depășit în general 17%.

Din păcate, reprezentanții „X” nu spun nimic despre posibilul cost al proiectului. Este posibil ca, dacă este implementată corect, stocarea energiei cu sare și lichid răcit să coste mai puțin decât bateriile tradiționale cu litiu. Cu toate acestea, acum costul bateriilor litiu-ion scade, iar costul energiei „murdare” rămâne aproximativ la același nivel. Deci, dacă inițiatorii proiectului din Malta vor să concureze cu soluțiile tradiționale, trebuie să obțină o reducere semnificativă a costului pe kilowatt în sistemul lor.

Oricum ar fi, implementarea proiectului este chiar după colț, așa că în curând vom putea afla toate detaliile necesare. publicat Dacă aveți întrebări pe această temă, adresați-le experților și cititorilor proiectului nostru.

Pentru a crește un cristal de sare veți avea nevoie de:

1) - sare.

Ar trebui să fie cât mai curat posibil. Sarea de mare este cea mai potrivită, deoarece sarea obișnuită de masă conține o mulțime de resturi care sunt invizibile pentru ochi.

2) - apă.

Opțiunea ideală ar fi să folosești apă distilată, sau măcar apă fiartă, purificând-o cât mai mult de impurități prin filtrare.

3) - sticlărie, în care va fi crescut cristalul.

Principalele cerințe pentru acesta: trebuie să fie, de asemenea, perfect curat; în interiorul acestuia nu trebuie să fie prezente obiecte străine, chiar și pete minore, pe parcursul întregului proces, deoarece pot provoca creșterea altor cristale în detrimentul celei principale.

4) - cristal de sare.

Poate fi „obținut” dintr-un pachet de sare sau dintr-un agitator de sare gol. Aproape sigur va fi unul potrivit în partea de jos, care nu ar putea să intre prin orificiul salinerului. Trebuie să alegeți un cristal transparent cu o formă mai apropiată de paralelipiped.

5) - baghetă: ceramica din plastic sau lemn, sau o lingura din aceleasi materiale.

Unul dintre aceste elemente va fi necesar pentru a amesteca soluția. Probabil că ar fi inutil să vă reamintim că după fiecare utilizare trebuie spălate și uscate.

6) - lac.

Va fi nevoie de lac pentru a proteja cristalul finit, deoarece fără protecție se va prăbuși în aer uscat, iar în aer umed se va răspândi într-o masă fără formă.

7) - tifon sau hârtie de filtru.

Procesul de creștere a unui cristal.

Recipientul cu apa preparată se pune în apă caldă (aproximativ 50-60 de grade), se toarnă treptat sare în el, cu amestecare constantă. Când sarea nu se mai poate dizolva, soluția este turnată într-un alt recipient curat, astfel încât niciun sediment din primul recipient să nu intre în el. Pentru a asigura o puritate mai bună, puteți turna printr-o pâlnie cu filtru.

Acum, cristalul „extras” anterior de pe o sfoară este scufundat în această soluție, astfel încât să nu atingă fundul și pereții vasului.

Apoi acoperiți vasele cu un capac sau altceva, dar pentru ca obiectele străine și praful să nu intre acolo.

Așezați recipientul într-un loc întunecat și răcoros și aveți răbdare - procesul vizibil va începe în câteva zile, dar creșterea unui cristal mare va dura câteva săptămâni.

Pe măsură ce cristalul crește, lichidul va scădea în mod natural și, prin urmare, aproximativ o dată la zece zile, va fi necesar să adăugați o soluție proaspătă preparată în conformitate cu condițiile de mai sus.

În timpul tuturor operațiunilor suplimentare, nu trebuie permise mișcări frecvente, solicitări mecanice puternice și fluctuații semnificative de temperatură.

Când cristalul atinge dimensiunea dorită, acesta este îndepărtat din soluție. Acest lucru trebuie făcut cu mare atenție, deoarece în această etapă este încă foarte fragil. Cristalul îndepărtat este uscat din apă folosind șervețele. Pentru a adăuga rezistență, cristalul uscat este acoperit cu lac incolor, care poate fi folosit atât pentru uz casnic, cât și pentru manichiură.

Și în sfârșit, o muscă în unguent.

Un cristal crescut în acest fel nu poate fi folosit pentru a face o lampă de sare cu drepturi depline, deoarece folosește un mineral natural special - halit, care conține multe minerale naturale.

Dar din ceea ce ai, este foarte posibil să faci un fel de meșteșug, de exemplu, un model în miniatură al aceleiași lămpi de sare, inserând un mic LED în cristal, alimentându-l de la o baterie.