रेत बैटरी क्या हैं? सब कुछ जो आपके लिए जानना ज़रूरी है

फ़िनलैंड से एक रेत बैटरी के बारे में समाचार ने हाल ही में सुर्खियां बटोरीं, हालांकि उस प्रणाली ने केवल गर्मी को संग्रहीत और जारी किया।

तापीय ऊष्मा संग्रहण कोई नई तकनीक नहीं है, लेकिन यह प्रायोगिक परियोजना है। परियोजना यह आलेख हरित ऊर्जा प्रौद्योगिकियों और प्रणालियों की भविष्य की कुछ संभावनाओं पर प्रकाश डालता है।

यह पोस्ट ऊर्जा भंडारण के लिए रेत के आसपास की तकनीक के साथ-साथ इसी तरह की तकनीकों को देखता है, और दुनिया के लिए उनका क्या मतलब है।

रेत से ऊर्जा?

प्राकृतिक रेत में कई गुण होते हैं जो इसे तापीय ऊर्जा भंडारण के लिए एक आदर्श माध्यम बनाते हैं। आप इसे बिना किसी समस्या के 1,000 डिग्री सेल्सियस (1,832 डिग्री फारेनहाइट) से अधिक तापमान पर गर्म कर सकते हैं और यह उस गर्मी को कम से कम नुकसान के साथ दिनों, हफ्तों और यहां तक ​​कि महीनों तक रख सकता है।

यदि आप मानते हैं कि बैटरी ऊर्जा को संग्रहीत करने का एक साधन है जो एक विशेष समय में उत्पन्न हुई थी, तो इसका उपयोग एक अलग समय पर किया जा सकता है, तो रेत जिसे भंडारण और बाद में उपयोग के लिए विद्युत ऊर्जा से गर्म किया जाता है, एक बैटरी है।

फिनलैंड से वायरल रेत बैटरी

कंकनपा के पश्चिमी फ़िनिश जिले में द्वारा विकसित एक पेटेंट ताप भंडारण ऊर्जा प्रणाली है ध्रुवीय रात. यह भंडारण के लिए और बाद में जिला हीटिंग नेटवर्क में उपयोग के लिए नवीकरणीय स्रोतों से अतिरिक्त विद्युत ऊर्जा का उपयोग 7 मीटर ऊंचे और 4 मीटर चौड़े साइलो में 600 डिग्री सेल्सियस (1,112 डिग्री फारेनहाइट) तक रेत को गर्म करने के लिए करता है।

यहां कुछ बातों का ध्यान रखना जरूरी है। सबसे पहले, उपयोग की जाने वाली ऊर्जा अक्षय स्रोतों जैसे पवन और सौर से अतिरिक्त उत्पादन है। यह व्यावसायिक उद्देश्यों के लिए अन्य ऊर्जा भंडारण प्रणालियों के लिए किसी भी उद्देश्य तुलना को हटा देता है।

दूसरे, सिस्टम का उपयोग केवल थर्मल स्टोरेज और डिलीवरी के लिए किया जाता है - यानी विद्युत ऊर्जा को गर्मी में परिवर्तित किया जाता है और रेत में संग्रहीत किया जाता है। फिर, जब जरूरत होती है, गर्मी को निकाला जाता है और घरों और कारखानों में वितरित किया जाता है जहां इसकी आवश्यकता होती है।

तीसरा, प्राकृतिक रेत काफी प्रभावशाली मात्रा में ऊर्जा धारण कर सकती है। उदाहरण के लिए, यह फिनिश पोलर नाइट बैटरी लगभग 100 सेल्सियस पर 600 टन रेत रखती है, एक 8kW ताप क्षमता पर कुल 100MWh संग्रहित ऊर्जा के लिए। यह फैंसी प्रौद्योगिकियों, प्रतिष्ठानों, या खतरनाक आवश्यकताओं के बिना रेत को एक बेहद सस्ता ऊर्जा भंडारण माध्यम बनाता है।

मौसमी तापीय ऊर्जा भंडारण के बारे में

मौसमी थर्मल एनर्जी स्टोरेज या एसटीईएस संक्षेप में, बहुत लंबे समय से आसपास है। इसके सरलतम रूप में, आप गर्मियों के दौरान छत से गर्म पानी एकत्र कर सकते हैं और इसे एक भूमिगत टैंक में सहेज सकते हैं, जिसे आप सर्दियों के दौरान गर्म करने के लिए उपयोग कर सकते हैं।

अधिकांश एसटीईएस सिस्टम, हालांकि, गर्मी को 100 डिग्री सेल्सियस से कम पर स्टोर करते हैं, जो उन्हें घरों और कार्यालयों को गर्म करने के लिए ठीक बनाता है, लेकिन अन्य औद्योगिक उपयोगों या बिजली उत्पादन के लिए कम आदर्श है।

विधि सरल है, आप किसी भी माध्यम को उजागर करते हैं जो गर्मी को विकिरण के स्रोत, जैसे सूर्य, औद्योगिक गर्मी अपशिष्ट, आदि में फंसा सकता है और पकड़ सकता है। सिस्टम की दक्षता हीट-एक्सचेंज विधि और इसकी दक्षता पर निर्भर करती है।

इसके बाद, आपको गर्म माध्यम को एक इन्सुलेटेड बाड़े में स्टोर करना होगा, ताकि ऊर्जा हानि को कम किया जा सके। कुछ बाड़े कई महीनों तक अच्छी तरह से गर्मी पकड़ सकते हैं।

अंत में, भंडारण माध्यम को सर्दियों के दौरान बाहर पंप किया जाता है ताकि घरों और कार्यालयों को हीटिंग प्रदान करने के लिए इसे एक अन्य हीट एक्सचेंज जैसे रेडिएटर हीटर के माध्यम से पारित किया जा सके। एसटीईएस भंडारण माध्यमों के रूप में उपयोग की जाने वाली सामान्य सामग्रियों में पानी, तेल, मिट्टी, नमक हाइड्रेट्स आदि शामिल हैं।

संग्रहित तापीय ऊर्जा के लोकप्रिय उपयोग

इच्छित अनुप्रयोग के आधार पर संग्रहीत तापीय ऊर्जा के कई उपयोग हैं। यहाँ सबसे लोकप्रिय हैं:

1. ताप घर और कार्यालय - संग्रहित थर्मल आसानी से सर्दियों में रहने और काम करने की जगहों के लिए हीटिंग प्रदान कर सकता है।
   
2. गर्म पानी - रोजमर्रा के उपयोग के लिए हमेशा तैयार गर्म पानी उपलब्ध कराने के लिए गर्मी को स्थानांतरित किया जा सकता है।
   
3. औद्योगिक अनुप्रयोग - गर्म पानी का उपयोग औद्योगिक अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए किया जाता है, जिसमें मिश्रण से लेकर सफाई, खाद्य प्रसंस्करण, सॉल्वैंट्स बनाने, नसबंदी और बहुत कुछ शामिल है।
   
4. बिजली का उत्पादन  - आप संग्रहीत थर्मल ऊर्जा का उपयोग पानी को भाप में गर्म करने के लिए भी कर सकते हैं और इसमें टर्बाइन चला सकते हैं, जो बदले में, बिजली पैदा करने वाले अल्टरनेटर को चलाते हैं।

एक रेत बैटरी का अर्थशास्त्र

पानी रेत की तुलना में अधिक ऊर्जा जमा कर सकता है, लेकिन यह 100 डिग्री सेल्सियस (212 डिग्री फारेनहाइट) से ऊपर की ओर अस्थिर हो जाता है, जबकि रेत में आसानी से 600 डिग्री सेल्सियस (1112 डिग्री फारेनहाइट) तापमान हो सकता है।

पानी भी अपनी तापीय ऊर्जा को रेत की तुलना में अधिक समय तक बनाए रखेगा, जो पानी को मौसमी ऊर्जा भंडारण के लिए एक बेहतर माध्यम बनाता है। हालाँकि, यदि आप किसी ऐसे एप्लिकेशन पर विचार कर रहे हैं जो घंटों या कुछ ही दिनों में गर्मी का उपयोग करता है, तो रेत फिर से एक शीर्ष विकल्प बन जाता है। यह पीवी सौर और पवन जैसे आंतरायिक ऊर्जा स्रोतों के पूरक के लिए एकदम सही है।

फ़िनिश रेत बैटरी पर वापस, 7-मीटर ऊंचे स्टील कंटेनर को 100 टन रेत के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिसमें 8MWh तक ऊर्जा होती है।

इसे परिप्रेक्ष्य में रखने के लिए, औसत अमेरिकी घर प्रति वर्ष लगभग 10MWh ऊर्जा का उपयोग करता है, जबकि यूरोप में यह संख्या रोमानिया में लगभग 2MWh से लेकर स्वीडन में 9MWh तक भिन्न होती है। इसके अलावा, 30-50% ऊर्जा का उपयोग सर्दियों में गर्म करने के लिए किया जाता है।

इसका मतलब यह है कि 7 मीटर ऊंचा रेत जलाशय सर्दियों के दौरान और आपके स्थान के आधार पर कुछ घरों को गर्म करने के लिए पर्याप्त बिजली पैदा कर सकता है। लेकिन इसके आकार को देखते हुए, घनी आबादी वाले शहरी केंद्रों में यह एक अव्यावहारिक अनुप्रयोग होगा।

दूसरी ओर, इसकी 100kW ताप क्षमता को 30% पर बिजली में परिवर्तित करने से दिन में 20 से अधिक घरों और रात में कई घरों के लिए पर्याप्त बिजली का उत्पादन हो सकता है।

इसलिए, ठीक से अनुकूलित, एक रेत बैटरी जिसकी लागत लगभग $ 5 प्रति kWh क्षमता है, लेड-एसिड और लिथियम-आयन बैटरी सिस्टम के लिए वर्तमान $ 100+ प्रति kWh लागत का एक बढ़िया विकल्प हो सकता है। हां, यह भारी हो सकता है, लेकिन यह सस्ता है।

बिजली उत्पादन के लिए रेत बैटरी

बिजली उत्पादन में बाद में उपयोग के लिए तापीय ऊर्जा का भंडारण एक सिद्ध और विश्वसनीय तकनीक है जिसे लागू किया गया है केंद्रित सौर ऊर्जा (CSP) दशकों के लिए परियोजनाओं।

एक आधुनिक सीएसपी प्रणाली में ऊर्जा एक ही भट्टी में सैकड़ों या हजारों दर्पणों को केंद्रित करके फंस जाती है। ये दर्पण तब 565 डिग्री सेल्सियस (1,049 डिग्री फारेनहाइट) तक भट्ठी पर निरंतर गर्मी की गारंटी देने के लिए दिन के माध्यम से सूर्य को ट्रैक करते हैं।

सीएसपी प्रतिष्ठान अक्सर बहुत बड़े होते हैं, जो लाखों वर्ग फुट (~1+km2) क्षेत्र में फैले होते हैं, उनके केंद्र में सौर रिसीवर और 100+ मेगावाट रेंज में विद्युत उत्पादन क्षमता होती है।

60% सोडियम नाइट्रेट और 40% पोटेशियम नाइट्रेट के साथ पिघला हुआ नमक मिश्रण रात के समय उत्पादन के लिए सीएसपी सिस्टम में ऊर्जा को स्टोर करने के लिए उपयोग किया जाता है। हालांकि, रेत की बैटरी के विपरीत, यह नमक का मिश्रण उच्च तापमान पर पिघलता है, जिससे यह द्रव की तरह प्रवाहित हो जाता है।

CSP और सैंड बैटरी सिस्टम दोनों ही सौर ऊर्जा को 15-20% की लगभग समान क्षमता पर ऊष्मीय ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं। लेकिन सीएसपी पिघला हुआ नमक सिस्टम में संग्रहित गर्मी को बिजली में परिवर्तित करने में लगभग 50% दक्षता होती है, फिनिश रेत बैटरी में सैद्धांतिक 20-25% दक्षता होती है।

सीएसपी सिस्टम व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य हैं, इसलिए यदि आप इस फिनिश बैटरी को 30% ताप-से-बिजली रूपांतरण दक्षता से ऊपर प्राप्त करने के लिए बदल सकते हैं, तो यह अक्षय बिजली को सस्ते में स्टोर और आपूर्ति करने के लिए एक व्यवहार्य तकनीक बन सकती है।

समान भंडारण प्रौद्योगिकियां

ऊर्जा भंडारण के कई अन्य रूप हैं, जिनमें से प्रत्येक के अपने फायदे और नुकसान हैं। सबसे लोकप्रिय प्रकारों में शामिल हैं:

1. विद्युत ऊर्जा भंडारण - जैसा कि आप बैटरियों में पाएंगे, यह प्रतिवर्ती विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं का उपयोग करके ऊर्जा को संग्रहीत करने और छोड़ने के लिए दो तत्वों के बीच संभावित अंतर का लाभ उठाता है।
   
2. यांत्रिक ऊर्जा भंडारण - इसमें चक्का और स्प्रिंग्स के उपयोग सहित विभिन्न तरीके शामिल हैं, साथ ही गुरुत्वाकर्षण प्रणाली जो किसी वस्तु को ऊपर उठाकर और उसकी ऊंचाई बढ़ाकर ऊर्जा को संग्रहीत करती है।
   
3. पिघला हुआ नमक ऊर्जा भंडारण (एमएसईएस) - यहां भंडारण थर्मल है, जैसे 60% सोडियम नाइट्रेट और 40% पोटेशियम नाइट्रेट के संयोजन का उपयोग करके।
   
4. थर्मल गर्म पानी - यह विधि तक स्टोर कर सकती है 6kWh ऊर्जा 50 गैलन गर्म पानी की टंकी में।
   
5. पंप हाइड्रो - ऊर्जा भंडारण का सबसे सस्ता रूप। हालाँकि, इसका प्रमुख मुद्दा सीमित स्थान है जहाँ इसे लागू किया जा सकता है।
   
6. संपीड़ित वायु - हाइड्रो के समान, यह विधि केवल ऊर्जा को संग्रहीत करने के लिए हवा को संपीड़ित करती है। फिर जब आपको ऊर्जा की आवश्यकता होती है, तो आप टरबाइन को चलाने के लिए संपीड़ित हवा छोड़ते हैं।
   
7. चक्का - आप बस ऊर्जा का उपयोग एक अच्छी तरह से संतुलित पहिया को घुमाने के लिए करते हैं, इसे गतिज ऊर्जा के रूप में संग्रहीत करते हैं जिसका उपयोग या तो हरकत या बिजली उत्पादन के लिए किया जा सकता है।
   
8. फ्लो बैटरी - यह एक इलेक्ट्रोकेमिकल स्टोरेज सिस्टम है जहां इलेक्ट्रोलाइट्स अलग-अलग टैंकों में होते हैं और इन्हें पूरी तरह चार्ज टैंक से खाली चार्ज टैंक में प्रवाहित करना होता है। फिर इलेक्ट्रोलाइट्स को चार्ज करने के लिए, आप बस प्रवाह को उलट देते हैं। यह विधि बहुत शक्तिशाली बैटरी का उत्पादन कर सकती है क्योंकि दो इलेक्ट्रोलाइट्स एक झिल्ली के माध्यम से परस्पर क्रिया करते हैं जिसे आप बड़े पैमाने पर माप सकते हैं।
   
9. चरण परिवर्तन सामग्री - ये सामग्री पिघलते ही ऊर्जा को अवशोषित कर लेती हैं, फिर ठोस होने पर इसे छोड़ देती हैं। वे सटीक तापमान पर तापीय ऊर्जा के भंडारण के लिए आदर्श हैं।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

निष्कर्ष

हम रेत बैटरियों की इस खोज और उनकी आर्थिक क्षमता के अंत तक पहुँच चुके हैं। और जैसा कि आपने महसूस किया होगा, वे कई संभावनाएं प्रदान करते हैं।

समुदायों को गर्मी प्रदान करने से लेकर विद्युत ऊर्जा उत्पादन तक, सिलिका रेत की गंदगी सस्तापन इसे भविष्य की ऊर्जा परियोजनाओं के लिए एक आशाजनक माध्यम बनाती है।