Mis on liivapatareid? Kõik, mida pead teadma

Uudised Soome liivapatarei kohta jõudsid hiljuti peamiste uudiste hulka, kuigi see süsteem ainult salvestas ja eraldas soojust.

Soojuse salvestamine ei ole uus tehnoloogia, kuid see pilootprojekt toob esile mõned rohelise energia tehnoloogiate ja süsteemide tulevikuvõimalused.

See postitus vaatleb energia salvestamiseks kasutatavat liiva ümbritsevat tehnoloogiat ja sarnaseid tehnoloogiaid ning seda, mida need maailma jaoks tähendavad.

Liivast energiat?

Looduslikul liival on palju omadusi, mis muudavad selle ideaalseks keskkonnaks soojusenergia salvestamiseks. Saate seda probleemideta kuumutada temperatuurini üle 1,000 °C (1,832 °F) ja see suudab hoida seda soojust minimaalse kaoga päevi, nädalaid ja isegi kuid.

Kui arvestada, et aku on vahend energia salvestamiseks, mis on toodetud teatud ajahetkel, nii et seda saab kasutada muul ajal, siis liiv, mida soojendatakse elektrienergiaga salvestamiseks ja hilisemaks kasutamiseks, on aku.

Viiruslik liivapatarei Soomest

Soome lääneosas Kankaanpää linnaosas asub patenteeritud soojussalvestav energiasüsteem, mille on välja töötanud Polaaröö. See kasutab taastuvatest allikatest saadavat üleliigset elektrienergiat liiva soojendamiseks 7 meetri kõrguses ja 4 meetri laiuses silos kuni 600°C (1,112°F) ladustamiseks ja hilisemaks kasutamiseks kaugküttevõrgus.

Siin on oluline meeles pidada mõnda asja. Esiteks, kasutatav energia on ületootmine taastuvatest allikatest, nagu tuul ja päike. See välistab igasuguse objektiivse võrdluse ärilistel eesmärkidel muude energiasalvestussüsteemidega.

Teiseks kasutatakse süsteemi ainult soojuse salvestamiseks ja tarnimiseks – see tähendab, et elektrienergia muundatakse soojuseks ja salvestatakse liiva sisse. Seejärel võetakse vajaduse korral soojus välja ja jaotatakse kodudesse ja tehastesse, kus seda vajatakse.

Kolmandaks, looduslik liiv mahutab üsna muljetavaldavalt palju energiat. Näiteks see Soome Polar Night aku mahutab umbes 100 Celsiuse juures 600 tonni liiva, mis teeb kokku 8 MWh salvestatud energiat 100 kW küttevõimsuse juures. See muudab liiva meeletult odavaks energiasalvestusmeediumiks ilma uhkete tehnoloogiate, installatsioonide või ohtlike nõueteta.

Teave hooajalise soojusenergia salvestamise kohta

Seasonal Thermal Energy Storage ehk lühidalt STES on olnud kasutusel väga pikka aega. Lihtsamal kujul saate koguda suvel katuselt kuuma vee ja hoida selle maa-aluses mahutis, mida saate seejärel talvel kütteks kasutada.

Enamik STES-süsteeme salvestab aga soojust alla 100 °C, mistõttu need sobivad kodude ja kontorite kütmiseks, kuid ei ole nii ideaalsed muuks tööstuslikuks kasutuseks või elektritootmiseks.

Meetod on lihtne, paljastate mis tahes keskkonna, mis võib soojust kinni hoida ja hoida, kiirgusallikale, nagu päike, tööstuslikud soojusjäägid jne. Süsteemi efektiivsus sõltub soojusvahetusmeetodist ja selle efektiivsusest.

Järgmisena peate soojendatavat keskkonda hoidma isoleeritud korpuses, et minimeerida energiakadu. Mõned korpused võivad soojust hästi hoida mitu kuud.

Lõpuks pumbatakse andmekandja talvel välja, et kütta kodusid ja kontoreid, juhtides selle läbi muu soojusvahetuse, näiteks radiaatorküttekeha. Tavalisteks STES-i andmekandjatena kasutatavateks materjalideks on vesi, õli, muld, soolahüdraadid jne.

Salvestatud soojusenergia populaarsed kasutusviisid

Salvestatud soojusenergial on palju kasutusalasid, olenevalt kavandatavast rakendusest. Siin on kõige populaarsemad:

1. Kodude ja kontorite küte – Salvestatud soojusküte võib talvel hõlpsasti kütta elu- ja tööruume.
   
2. Hot Water – Soojust saab ka üle kanda, et pakkuda igapäevaseks kasutamiseks alati valmis sooja vett.
   
3. Industrial rakendused - Kuuma vett kasutatakse paljudes tööstuslikes rakendustes, alates segamisest kuni puhastamiseni, toiduainete töötlemiseni, lahustite valmistamiseni, steriliseerimiseni ja palju muud.
   
4. Elektri tootmine  – Samuti saate kasutada salvestatud soojusenergiat vee soojendamiseks auruks ja lasta sellel juhtida turbiine, mis omakorda käitavad elektrienergiat tootvaid generaatoreid.

Liivapatarei ökonoomika

Vesi võib liivaga võrreldes rohkem energiat salvestada, kuid alates 100 °C (212 °F) ülespoole muutub see ebastabiilseks, samas kui liiv võib kergesti sisaldada 600 °C (1112 °F) temperatuuri.

Vesi säilitab oma soojusenergiat ka kauem kui liiv, mis muudab vee paremaks hooajaliseks energia salvestamiseks. Kui aga kaalute rakendust, mis kasutab soojuse ära mõne tunni või mõne päevaga, muutub liiv taas populaarseks valikuks. See sobib suurepäraselt vahelduvate energiaallikate, nagu PV päikese- ja tuuleenergia, täiendamiseks.

Tagasi Soome liivaaku juurde, 7 meetri kõrgune teraskonteiner on mõeldud 100 tonni liiva jaoks, mis mahutab kuni 8MWh energiat.

Perspektiivis võib öelda, et USA keskmine kodu kasutab aastas umbes 10 MWh energiat, samas kui see arv varieerub Euroopas umbes 2 MWh-st Rumeenias kuni 9 MWh-ni Rootsis. Lisaks kulub 30-50% energiast läbi talve kütteks.

See tähendab, et 7 meetri kõrgune liivamahuti suudab toota piisavalt energiat, et läbi talve ja sõltuvalt teie asukohast mõnda kodu soojendada. Kuid see oleks selle suurust arvestades ebapraktiline rakendus tiheda rahvastikuga linnakeskustes.

Teisest küljest võib selle 100 kW küttevõimsuse 30% elektrienergiaks muutmine päevasel ajal piisavalt energiat toota enam kui 20 kodu jaoks ja öösel palju rohkemate kodude jaoks.

Seega võib korralikult optimeeritud liivaaku, mis maksab umbes 5 dollarit kWh võimsuse kohta, olla suurepärane alternatiiv praegusele plii-happe- ja liitiumioonakusüsteemide kuludele 100 dollarit+ kWh. Jah, see võib olla mahukam, kuid see on palju odavam.

Liivapatareid elektri tootmiseks

Soojusenergia salvestamine hilisemaks kasutamiseks elektritootmises on end tõestanud ja töökindel tehnoloogia, mis on kasutusele võetud aastal Kontsentreeritud päikeseenergia (CSP) aastakümneid projekte.

Kaasaegse CSP-süsteemi energia püütakse kinni sadade või tuhandete peeglite koondamisega ühte ahju. Need peeglid jälgivad seejärel päikest läbi päeva, et tagada ahjus pidev kuumus kuni 565 °C (1,049 °F).

CSP-paigaldised on sageli väga suured, ulatudes miljonitesse ruutjalgadesse (~1+km2), mille keskel on päikesevastuvõtjad ja elektritootmisvõimsus 100+ megavatti.

60% naatriumnitraadi ja 40% kaaliumnitraadiga sulasoola segu kasutatakse energia salvestamiseks CSP süsteemides öiseks tootmiseks. Erinevalt liivapatareist sulab see soolasegu aga kõrgel temperatuuril, et see voolaks nagu vedelik.

Nii CSP- kui ka liivapatareide süsteemid muudavad päikeseenergia soojusenergiaks ligikaudu võrdse kasuteguriga 15-20%. Kuid kui CSP sulasoolasüsteemide kasutegur on salvestatud soojuse muundamisel elektriks umbes 50%, siis Soome liivapatareil on teoreetiline kasutegur 20–25%.

CSP-süsteemid on äriliselt elujõulised, nii et kui saate seda Soome akut kohandada nii, et see saavutaks üle 30% soojuse elektriks muundamise efektiivsuse, võib sellest saada elujõuline tehnoloogia taastuvelektri odavaks ladustamiseks ja tarnimiseks.

Sarnased salvestustehnoloogiad

On palju muid energia salvestamise vorme, millest igaühel on oma plussid ja miinused. Kõige populaarsemad tüübid hõlmavad järgmist:

1. Elektrokeemiline energiasalvestus – Nagu akude puhul võib leida, kasutab see kahe elemendi potentsiaali erinevust energia salvestamiseks ja vabastamiseks, kasutades pöörduvaid elektrokeemilisi reaktsioone.
   
2. Mehaaniline energia salvestamine – See hõlmab erinevaid meetodeid, sealhulgas hoorataste ja vedrude kasutamist, aga ka gravitatsioonisüsteeme, mis salvestavad energiat objektis, vintsides seda üles ja suurendades selle kõrgust.
   
3. Sulasoola energiasalvestus (MSES) – Siin hoitakse termiliselt, näiteks kasutatakse 60% naatriumnitraadi ja 40% kaaliumnitraadi kombinatsiooni.
   
4. Kuum termiline vesi – Selle meetodi abil saab salvestada kuni 6 kWh energiat 50-gallonises kuumaveepaagis.
   
5. Pumbaga hüdro – Odavaim energia salvestamise vorm. Selle peamine probleem on aga piiratud asukohad, kus seda saab rakendada.
   
6. Suruõhk – Sarnaselt hüdromeetodile surub see meetod energia salvestamiseks lihtsalt õhku kokku. Siis, kui vajate energiat, vabastate turbiini toiteks suruõhu.
   
7. hooratas – Kasutate energiat lihtsalt hästi tasakaalustatud ratta pööramiseks, salvestades selle kineetilise energiana, mida saab kasutada liikumiseks või elektrienergia tootmiseks.
   
8. Voolu aku – See on elektrokeemiline salvestussüsteem, kus elektrolüüdid on erinevates mahutites ja peavad voolama täislaetud paagist tühja laadimispaaki. Seejärel keerake elektrolüütide laadimiseks voolu lihtsalt vastupidiseks. See meetod võib toota väga võimsaid akusid, kuna kaks elektrolüüti interakteeruvad läbi membraani, mida saate ulatuslikult skaleerida.
   
9. Faasi muutmise materjalid – Need materjalid neelavad energiat sulamisel, seejärel annavad selle tahkumisel ära. Need sobivad ideaalselt soojusenergia salvestamiseks täpsetel temperatuuridel.

Korduma kippuvad küsimused (KKK)

Järeldus

Oleme jõudnud liivapatareide ja nende majandusliku potentsiaali uurimise lõpuni. Ja nagu te kindlasti aru saite, pakuvad need palju võimalusi.

Alates kogukondadele soojuse pakkumisest kuni elektrienergia tootmiseni muudab räniliiva mustuse odavus tulevaste energiaprojektide jaoks paljutõotavaks keskkonnaks.