Mitä ovat hiekkaparistot? Kaikki mitä sinun tarvitsee tietää

Uutinen suomalaisesta hiekkaakusta nousi äskettäin otsikoihin, vaikka järjestelmä vain varastoi ja luovutti lämpöä.

Lämpölämmön varastointi ei ole uusi tekniikka, vaan tämä pilotti projekti korostaa joitakin vihreän energian teknologioiden ja järjestelmien tulevaisuuden mahdollisuuksia.

Tässä postauksessa tarkastellaan energian varastointihiekkaa ympäröivää tekniikkaa sekä vastaavia teknologioita ja mitä ne merkitsevät maailmalle.

Energiaa hiekasta?

Luonnonhiekalla on monia ominaisuuksia, jotka tekevät siitä ihanteellisen aineen lämpöenergian varastointiin. Voit lämmittää sen yli 1,000 1,832 °C (XNUMX XNUMX °F) lämpötiloihin ilman ongelmia, ja se voi pitää lämmön päiviä, viikkoja ja jopa kuukausia minimaalisella häviöllä.

Jos ajatellaan, että akku on keino varastoida energiaa, joka on tuotettu tietyllä hetkellä, joten sitä voitaisiin käyttää eri aikaan, niin varastointia ja myöhempää käyttöä varten sähköenergialla lämmitetty hiekka on akku.

Viral Sand Battery Suomesta

Länsi-Suomessa Kankaanpäässä sijaitsee patentoitu lämmönvarausjärjestelmä, jonka on kehittänyt Kaamos. Se käyttää uusiutuvista lähteistä peräisin olevaa ylimääräistä sähköenergiaa hiekan lämmittämiseen 7 metriä korkeassa ja 4 metriä leveässä siilossa 600°C:een varastointia ja myöhempää käyttöä varten kaukolämpöverkossa.

Tässä on tärkeä pitää mielessä muutama asia. Ensinnäkin käytetty energia on ylituotantoa uusiutuvista lähteistä, kuten tuuli- ja aurinkoenergiasta. Tämä poistaa objektiiviset vertailut muihin kaupallisiin tarkoituksiin tarkoitettuihin energian varastointijärjestelmiin.

Toiseksi järjestelmää käytetään yksinomaan lämmön varastoimiseen ja jakeluun – eli sähköenergia muunnetaan lämmöksi ja varastoidaan hiekkaan. Sitten tarvittaessa lämpö otetaan talteen ja jaetaan koteihin ja tehtaisiin missä sitä tarvitaan.

Kolmanneksi luonnonhiekalle mahtuu vaikuttava määrä energiaa. Esimerkiksi tähän suomalaiseen Polar Night -akkuun mahtuu 100 tonnia hiekkaa noin 600 celsiusasteessa, eli yhteensä 8 MWh varastoitua energiaa 100 kW:n lämmitysteholla. Tämä tekee hiekasta järjettömän halvan energian varastointivälineen ilman hienoja teknologioita, asennuksia tai vaarallisia vaatimuksia.

Tietoja kausiluonteisesta lämpöenergian varastoinnista

Seasonal Thermal Energy Storage tai lyhyesti STES on ollut olemassa jo pitkään. Yksinkertaisimmassa muodossaan voit kerätä kuumaa vettä katolta kesällä ja tallentaa sen maanalaiseen säiliöön, jota voit sitten käyttää lämmitykseen talvella.

Useimmat STES-järjestelmät kuitenkin varastoivat lämpöä alle 100 °C:ssa, joten ne sopivat kotien ja toimistojen lämmittämiseen, mutta eivät ole yhtä ihanteellisia muuhun teollisuuskäyttöön tai sähköntuotantoon.

Menetelmä on yksinkertainen, altistat minkä tahansa väliaineen, joka voi vangita ja pitää lämpöä säteilylähteelle, kuten auringolle, teollisuuden lämpöjätteelle ja niin edelleen. Järjestelmän tehokkuus riippuu lämmönvaihtomenetelmästä ja sen tehokkuudesta.

Seuraavaksi sinun on varastoitava lämmitetty väliaine eristetyssä kotelossa energiahäviön minimoimiseksi. Jotkut kotelot kestävät hyvin lämpöä useita kuukausia.

Lopuksi varastointiväliaine pumpataan talvella lämmittämään koteja ja toimistoja ohjaamalla se toisen lämmönvaihtimen, kuten patterilämmittimen, läpi. Yleisiä STES-varastointivälineinä käytettyjä materiaaleja ovat vesi, öljy, maaperä, suolahydraatit ja niin edelleen.

Tallennetun lämpöenergian suositut käyttötavat

Varastoidulla lämpöenergialla on monia käyttötarkoituksia käyttötarkoituksesta riippuen. Tässä ovat suosituimmat:

1. Kotien ja toimistojen lämmitys – Varastoitu lämpö lämmittää helposti asuin- ja työtiloja talvella.
   
2. Hot Water – Lämpöä voidaan myös siirtää, jotta saadaan aina valmiina kuumaa vettä jokapäiväiseen käyttöön.
   
3. Teolliset sovellukset – Kuumaa vettä käytetään monenlaisiin teollisiin sovelluksiin sekoittamisesta puhdistukseen, elintarvikkeiden käsittelyyn, liuottimien valmistukseen, sterilointiin ja moneen muuhun.
   
4. Sähkön tuotanto  – Varastoitua lämpöenergiaa voidaan käyttää myös veden lämmittämiseen höyryksi ja se voi käyttää turbiineja, jotka puolestaan ​​käyttävät sähköä tuottavia vaihtovirtageneraattoreita.

Hiekkapatterin taloustiede

Vesi voi varastoida enemmän energiaa kuin hiekka, mutta se muuttuu epävakaaksi 100 °C:sta ylöspäin, kun taas hiekka voi helposti sisältää 212 °C (600 °F) lämpötiloja.

Vesi säilyttää myös lämpöenergiansa pidempään kuin hiekka, mikä tekee vedestä paremman välineen kausienergian varastointiin. Jos kuitenkin harkitset sovellusta, joka kuluttaa lämmön muutamassa tunnissa tai muutamassa päivässä, hiekasta tulee jälleen huippuvaihtoehto. Se on täydellinen täydentämään ajoittaisia ​​energialähteitä, kuten aurinkoenergiaa ja tuulivoimaa.

Takaisin suomalaiseen hiekkaakkuun, 7 metriä korkea teräskontti on suunniteltu 100 tonnille hiekkaa, johon mahtuu jopa 8 MWh energiaa.

Perspektiivistä voidaan todeta, että yhdysvaltalainen kotitalous käyttää keskimäärin noin 10 MWh energiaa vuodessa, kun taas Euroopassa tämä määrä vaihtelee noin 2 MWh:sta Romaniassa ja 9 MWh Ruotsissa. Lisäksi 30-50 % energiasta kuluu talven lämmitykseen.

Tämä tarkoittaa, että 7 metriä korkea hiekkasäiliö voi tuottaa tarpeeksi sähköä muutaman kodin lämmittämiseen talven ajan ja sijainnistasi riippuen. Mutta se olisi sen kokoon nähden epäkäytännöllinen sovellus kaupunkikeskuksissa, joissa on tiheä asutus.

Toisaalta sen 100 kW:n lämmityskapasiteetin muuntaminen sähköksi 30 %:lla voi tuottaa tarpeeksi tehoa yli 20 kotiin päivällä ja monelle muulle kodille yöllä.

Oikein optimoituna hiekkaakku, joka maksaa noin 5 dollaria kWh:n kapasiteettia kohti, voi siis olla loistava vaihtoehto lyijyhappo- ja litiumioniakkujärjestelmien nykyisille yli 100 dollarin kilowattituntikustannuksille. Kyllä, se voi olla isompi, mutta se on paljon halvempi.

Hiekkapatterit sähköntuotantoon

Lämpöenergian varastointi myöhempää käyttöä varten sähköntuotannossa on hyväksi havaittu ja luotettava tekniikka, joka on otettu käyttöön Keskitetty aurinkovoima (CSP) projekteja vuosikymmeniä.

Nykyaikaisessa CSP-järjestelmässä energia jää loukkuun keskittämällä satoja tai tuhansia peilejä yhteen uuniin. Nämä peilit seuraavat aurinkoa läpi päivän takaamaan jatkuvan lämmön uunissa jopa 565 °C (1,049 °F).

CSP-asennukset ovat usein erittäin suuria, ja niiden pinta-ala on miljoonia neliöjalkoja (~1+km2), ja niiden aurinkovastaanottimet ovat keskellä ja sähköntuotantokapasiteetti on yli 100 megawattia.

Sula suolaseosta, jossa on 60 % natriumnitraattia ja 40 % kaliumnitraattia, käytetään energian varastoimiseen CSP-järjestelmissä yötuotantoa varten. Toisin kuin hiekkaakku, tämä suolaseos kuitenkin sulaa korkeissa lämpötiloissa saadakseen sen virtaamaan nesteenä.

Sekä CSP- että hiekkaakkujärjestelmät muuttavat aurinkoenergian lämpöenergiaksi suunnilleen yhtä suurella 15-20 prosentin hyötysuhteella. Mutta kun CSP-sulan suolajärjestelmillä on noin 50 %:n hyötysuhde varastoidun lämmön muuntamisessa sähköksi, niin suomalaisen hiekkaakun teoreettinen hyötysuhde on 20-25 %.

CSP-järjestelmät ovat kaupallisesti kannattavia, joten jos voit säätää tämän suomalaisen akun yli 30 %:n muuntotehokkuuden lämmöstä sähköksi, siitä voi tulla käyttökelpoinen tekniikka uusiutuvan sähkön halvaan varastointiin ja toimittamiseen.

Samankaltaiset tallennustekniikat

On monia muitakin energian varastointitapoja, joista jokaisella on hyvät ja huonot puolensa. Suosituimpia tyyppejä ovat:

1. Sähkökemiallinen energian varastointi – Kuten paristoista löytyy, tämä hyödyntää kahden elementin välistä potentiaalieroa varastoimaan ja vapauttamaan energiaa palautuvien sähkökemiallisten reaktioiden avulla.
   
2. Mekaaninen energian varastointi – Tämä sisältää erilaisia ​​menetelmiä, kuten vauhtipyörien ja jousien käyttöä sekä gravitaatiojärjestelmiä, jotka varastoivat energiaa esineeseen vinsaamalla sitä ylöspäin ja nostamalla sen korkeutta.
   
3. Sulan suolan energiavarasto (MSES) – Täällä varastointi on lämpöä, esimerkiksi käyttämällä 60 % natriumnitraattia ja 40 % kaliumnitraattia.
   
4. Lämmin kuuma vesi – Tällä menetelmällä voidaan tallentaa jopa 6 kWh energiaa 50 gallonan kuumavesisäiliössä.
   
5. Pumpattu vesi – Halvin energian varastointimuoto. Sen suurin ongelma on kuitenkin rajalliset paikat, joissa se voidaan toteuttaa.
   
6. Paineilma – Kuten vesi, tämä menetelmä yksinkertaisesti puristaa ilmaa energian varastoimiseksi. Sitten kun tarvitset energiaa, vapautat paineilmaa turbiinin tehostamiseksi.
   
7. vauhtipyörä – Käytät yksinkertaisesti energiaa hyvin tasapainotetun pyörän pyörittämiseen, jolloin se varastoituu kineettiseksi energiaksi, jota voidaan käyttää joko liikkumiseen tai sähköntuotantoon.
   
8. Virtausakku – Tämä on sähkökemiallinen varastointijärjestelmä, jossa elektrolyytit ovat eri säiliöissä ja niiden täytyy virrata täyteen ladatusta säiliöstä tyhjään lataussäiliöön. Sitten lataat elektrolyyttejä yksinkertaisesti kääntämällä virtauksen päinvastaiseksi. Tämä menetelmä voi tuottaa erittäin tehokkaita akkuja, koska kaksi elektrolyyttiä ovat vuorovaikutuksessa kalvon läpi, jota voit skaalata laajasti.
   
9. Vaiheen vaihtomateriaalit – Nämä materiaalit imevät energiaa sulaessaan ja luovuttavat sen sitten pois kiinteytyessään. Ne sopivat erinomaisesti lämpöenergian varastointiin tarkassa lämpötilassa.

Usein kysytyt kysymykset (FAQ)

Yhteenveto

Olemme saavuttaneet tämän hiekkaakkujen ja niiden taloudellisen potentiaalin tutkimisen lopussa. Ja kuten olet varmasti ymmärtänyt, ne tarjoavat monia mahdollisuuksia.

Piidioksidihiekan likahalpaisuus tekee siitä lupaavan välineen tuleville energiaprojekteille, aina kuntien lämmön toimittamisesta sähköntuotantoon.