რა არის ქვიშის ბატარეები? ყველაფერი რაც თქვენ უნდა იცოდეთ

ახალი ამბები ფინეთის ქვიშის ბატარეის შესახებ ახლახანს გახდა მთავარი სიახლე, თუმცა ეს სისტემა მხოლოდ ინახავდა და ათავისუფლებდა სითბოს.

თერმული სითბოს შენახვა არ არის ახალი ტექნოლოგია, მაგრამ ეს საპილოტე პროექტი ხაზს უსვამს მწვანე ენერგიის ტექნოლოგიებისა და სისტემების სამომავლო შესაძლებლობებს.

ეს პოსტი განიხილავს ქვიშის მიმდებარე ტექნოლოგიას ენერგიის შესანახად, ისევე როგორც მსგავს ტექნოლოგიებს და რას ნიშნავს ისინი მსოფლიოსთვის.

ენერგია ქვიშისგან?

ბუნებრივ ქვიშას აქვს მრავალი თვისება, რაც მას თერმული ენერგიის შესანახად იდეალურ საშუალებად აქცევს. თქვენ შეგიძლიათ გაათბოთ ის 1,000°C-ზე (1,832°F) ზემოთ ტემპერატურაზე პრობლემების გარეშე და მას შეუძლია შეინარჩუნოს ეს სითბო დღეების, კვირების და თუნდაც თვეების განმავლობაში მინიმალური დანაკარგით.

თუ თვლით, რომ ბატარეა არის ენერგიის შესანახი საშუალება, რომელიც წარმოიქმნა კონკრეტულ დროს, ასე რომ მისი გამოყენება შესაძლებელია სხვა დროს, მაშინ ქვიშა, რომელიც თბება ელექტროენერგიით შესანახად და შემდგომ გამოყენებაში, არის ბატარეა.

ვირუსული ქვიშის ბატარეა ფინეთიდან

დასავლეთ ფინეთის რაიონში Kankaanpää არის დაპატენტებული სითბოს შენახვის ენერგიის სისტემა, რომელიც შემუშავებულია პოლარული ღამე. იგი იყენებს ზედმეტ ელექტროენერგიას განახლებადი წყაროებიდან ქვიშის გასათბობად 7 მეტრი სიმაღლისა და 4 მეტრი სიგანის სილოში 600°C-მდე (1,112°F) უბნის გათბობის ქსელში შესანახად და შემდგომში გამოსაყენებლად.

აქ მნიშვნელოვანია გავითვალისწინოთ რამდენიმე რამ. პირველი, გამოყენებული ენერგია არის ჭარბი გამომუშავება განახლებადი წყაროებიდან, როგორიცაა ქარი და მზის. ეს აშორებს ნებისმიერ ობიექტურ შედარებას სხვა ენერგიის შენახვის სისტემებთან კომერციული მიზნებისთვის.

მეორეც, სისტემა გამოიყენება მხოლოდ თერმული შენახვისა და მიწოდებისთვის - ანუ, ელექტრო ენერგია გარდაიქმნება სითბოდ და ინახება ქვიშაში. შემდეგ, საჭიროების შემთხვევაში, სითბო მოიპოვება და ნაწილდება სახლებსა და ქარხნებში, სადაც ეს საჭიროა.

მესამე, ბუნებრივ ქვიშას შეუძლია შეინარჩუნოს საკმაოდ შთამბეჭდავი ენერგია. მაგალითად, ეს ფინური პოლარული ღამის ბატარეა ინახავს 100 ტონა ქვიშას დაახლოებით 600 ცელსიუს ტემპერატურაზე, სულ 8 მგვტ/სთ შენახული ენერგიისთვის 100 კვტ გათბობის სიმძლავრეზე. ეს ხდის ქვიშას საოცრად იაფად ენერგიის შესანახ საშუალებად ლამაზი ტექნოლოგიების, დანადგარების ან საშიში მოთხოვნების გარეშე.

სეზონური თერმული ენერგიის შენახვის შესახებ

სეზონური თერმული ენერგიის შენახვა ან STES, მოკლედ, დიდი ხანია არსებობს. მისი უმარტივესი ფორმით, ზაფხულში შეგიძლიათ შეაგროვოთ ცხელი წყალი სახურავიდან და შეინახოთ იგი მიწისქვეშა ავზში, რომელიც შეგიძლიათ გამოიყენოთ ზამთრისთვის გასათბობად.

თუმცა, STES სისტემების უმეტესობა ინახავს სითბოს 100°C-ზე ნაკლებ ტემპერატურაზე, რაც მათ შესაფერისს ხდის სახლებისა და ოფისების გასათბობად, მაგრამ ნაკლებად იდეალურია სხვა სამრეწველო გამოყენებისთვის ან ელექტროენერგიის წარმოებისთვის.

მეთოდი მარტივია, თქვენ გამოაშკარავებთ ნებისმიერ საშუალებას, რომელსაც შეუძლია სითბოს დაჭერა და შეკავება რადიაციის წყაროზე, როგორიცაა მზე, სამრეწველო სითბოს ნარჩენები და ა.შ. სისტემის ეფექტურობა დამოკიდებულია სითბოს გაცვლის მეთოდზე და მის ეფექტურობაზე.

შემდეგი, თქვენ მოგიწევთ გაცხელებული საშუალების შენახვა იზოლირებულ შიგთავსში, რათა მინიმუმამდე დაიყვანოთ ენერგიის დაკარგვა. ზოგიერთ შიგთავსს შეუძლია სითბოს კარგად შენარჩუნება მრავალი თვის განმავლობაში.

საბოლოოდ, შესანახი საშუალების ამოტუმბვა ხდება ზამთარში, რათა უზრუნველყოს სახლების და ოფისების გათბობა სხვა სითბოს გაცვლის გზით, როგორიცაა რადიატორის გამათბობელი. STES-ის შესანახად გამოყენებული ჩვეულებრივი მასალები მოიცავს წყალს, ზეთს, ნიადაგს, მარილის ჰიდრატებს და ა.შ.

შენახული თერმული ენერგიის პოპულარული გამოყენება

შენახულ თერმულ ენერგიას აქვს მრავალი გამოყენება, რაც დამოკიდებულია დანიშნულ გამოყენებაზე. აქ არის ყველაზე პოპულარული:

1. სახლებისა და ოფისების გათბობა - შენახული თერმული ადვილად უზრუნველყოფს ზამთარში საცხოვრებელი და სამუშაო ფართების გათბობას.
   
2. Ცხელი წყალი - სითბო ასევე შეიძლება გადაეცეს, რათა უზრუნველყოს ყოველთვის მზა ცხელი წყალი ყოველდღიური გამოყენებისთვის.
   
3. სამრეწველო პროგრამები – ცხელი წყალი გამოიყენება სამრეწველო აპლიკაციების ფართო სპექტრისთვის, შერევიდან გაწმენდამდე, საკვების გადამუშავებამდე, გამხსნელების დამზადებამდე, სტერილიზაციამდე და მრავალი სხვა.
   
4. ელექტროენერგიის წარმოება  – თქვენ ასევე შეგიძლიათ გამოიყენოთ შენახული თერმული ენერგია წყლის ორთქლზე გასათბობად და ტურბინების გადასაყვანად, რომლებიც, თავის მხრივ, მართავენ ალტერნატორებს, რომლებიც გამოიმუშავებენ ელექტროენერგიას.

ქვიშის ბატარეის ეკონომიკა

წყალს შეუძლია ქვიშასთან შედარებით მეტი ენერგიის შენახვა, მაგრამ ის არასტაბილური ხდება 100°C (212°F) ზემოთ, ხოლო ქვიშა ადვილად შეიცავდეს 600°C (1112°F) ტემპერატურას.

წყალი ასევე ინარჩუნებს თავის თერმულ ენერგიას ქვიშაზე მეტხანს, რაც წყალს უკეთეს საშუალებად აქცევს სეზონური ენერგიის შესანახად. თუმცა, თუ განიხილავთ აპლიკაციას, რომელიც გამოიყენებს სითბოს რამდენიმე საათში ან სულ რაღაც რამდენიმე დღეში, მაშინ ქვიშა კვლავ საუკეთესო ვარიანტი გახდება. ის შესანიშნავია ენერგიის წყვეტილი წყაროების დასამატებლად, როგორიცაა PV მზის და ქარი.

დავუბრუნდეთ ფინურ ქვიშის ბატარეას, 7 მეტრი სიმაღლის ფოლადის კონტეინერი განკუთვნილია 100 ტონა ქვიშაზე, რომელიც ინახავს 8 მგვტ/სთ ენერგიას.

პერსპექტივაში რომ ვთქვათ, აშშ-ის საშუალო სახლი წელიწადში დაახლოებით 10 მგვტ/სთ ენერგიას მოიხმარს, მაშინ როცა ეს რიცხვი ევროპაში მერყეობს დაახლოებით 2 მგვტ/სთ-დან რუმინეთში 9 მგვტ/სთ-მდე შვედეთში. გარდა ამისა, ენერგიის 30-50% გამოიყენება ზამთარში გათბობისთვის.

ეს ნიშნავს, რომ 7 მეტრის სიმაღლის ქვიშის რეზერვუარს შეუძლია გამოიმუშაოს საკმარისი ენერგია რამდენიმე სახლის გასათბობად ზამთარში და ეს დამოკიდებულია თქვენს მდებარეობაზე. მაგრამ ეს არაპრაქტიკული გამოყენება იქნებოდა ურბანულ ცენტრებში, სადაც მჭიდრო მოსახლეობაა, მისი ზომის გათვალისწინებით.

მეორეს მხრივ, მისი 100 კვტ გათბობის სიმძლავრის ელექტროენერგიად გადაქცევა 30%-ით, შეუძლია გამოიმუშაოს საკმარისი ენერგია 20-ზე მეტი სახლისთვის დღის განმავლობაში და კიდევ ბევრი სახლისთვის ღამით.

ასე რომ, სათანადოდ ოპტიმიზებული, ქვიშის ბატარეა, რომელიც ღირს დაახლოებით $5 კვტ/სთ სიმძლავრეზე, შეიძლება იყოს შესანიშნავი ალტერნატივა ტყვიის მჟავა და ლითიუმ-იონური ბატარეის სისტემებისთვის 100+ $/კვტ/სთ-ის ღირებულებისთვის. დიახ, ეს შეიძლება იყოს უფრო დიდი, მაგრამ უფრო იაფია.

ქვიშის ბატარეები ელექტროენერგიის გამომუშავებისთვის

თერმული ენერგიის შენახვა ელექტროენერგიის შემდგომი გამოყენებისთვის არის დადასტურებული და საიმედო ტექნოლოგია, რომელიც დანერგილია კონცენტრირებული მზის ენერგია (CSP) პროექტები ათწლეულების განმავლობაში.

თანამედროვე CSP სისტემაში ენერგია გროვდება ასობით ან ათასობით სარკის კონცენტრაციით ერთ ღუმელში. შემდეგ ეს სარკეები აკონტროლებენ მზეს დღის განმავლობაში, რათა უზრუნველყონ მუდმივი სითბო ღუმელში 565°C-მდე (1,049°F).

CSP ინსტალაციები ხშირად ძალიან დიდია, მოიცავს მილიონობით კვადრატულ ფუტს (~ 1+კმ2) ფართობს, მათი მზის მიმღები ცენტრში და ელექტრული გენერირების სიმძლავრეები 100+ მეგავატი დიაპაზონში.

გამდნარი მარილის ნარევი 60% ნატრიუმის ნიტრატით და 40% კალიუმის ნიტრატით გამოიყენება ენერგიის შესანახად CSP სისტემებში ღამის გამომუშავებისთვის. თუმცა, ქვიშის ბატარეისგან განსხვავებით, მარილის ეს ნარევი დნება მაღალ ტემპერატურაზე და სითხესავით მიედინება.

ორივე CSP და ქვიშის ბატარეის სისტემა მზის ენერგიას გარდაქმნის სითბოს ენერგიად დაახლოებით თანაბარი ეფექტურობით 15-20%. მაგრამ სანამ CSP გამდნარი მარილის სისტემებს აქვთ დაახლოებით 50% ეფექტურობა შენახული სითბოს ელექტროენერგიად გადაქცევაში, ფინური ქვიშის ბატარეას აქვს თეორიული 20-25% ეფექტურობა.

CSP სისტემები კომერციულად სიცოცხლისუნარიანია, ასე რომ, თუ თქვენ შეგიძლიათ შეცვალოთ ეს ფინური ბატარეა, რომ მიიღოთ სითბოდან ელექტროენერგიის 30%-ზე მეტი ეფექტურობა, მაშინ ის შეიძლება გახდეს სიცოცხლისუნარიანი ტექნოლოგია იაფად განახლებადი ელექტროენერგიის შესანახად და მიწოდებისთვის.

მსგავსი შენახვის ტექნოლოგიები

ენერგიის შენახვის მრავალი სხვა ფორმა არსებობს, თითოეულს აქვს თავისი დადებითი და უარყოფითი მხარეები. ყველაზე პოპულარული ტიპები მოიცავს:

1. ელექტროქიმიური ენერგიის შენახვა – როგორც ბატარეებში ნახავთ, ეს იყენებს პოტენციურ განსხვავებას ორ ელემენტს შორის ენერგიის შესანახად და გასათავისუფლებლად შექცევადი ელექტროქიმიური რეაქციების გამოყენებით.
   
2. მექანიკური ენერგიის შენახვა - ეს გულისხმობს სხვადასხვა მეთოდს, მათ შორის საფრენი ბორბლებისა და ზამბარების გამოყენებას, ასევე გრავიტაციულ სისტემებს, რომლებიც ინახავს ენერგიას ობიექტში მისი ამაღლების და სიმაღლის გაზრდის გზით.
   
3. მდნარი მარილის ენერგიის შენახვა (MSES) - შენახვა აქ არის თერმული, მაგალითად, 60% ნატრიუმის ნიტრატის და 40% კალიუმის ნიტრატის კომბინაციის გამოყენებით.
   
4. თერმული ცხელი წყალი – ამ მეთოდს შეუძლია შეინახოს მდე 6 კვტ/სთ ენერგია 50 გალონიან ცხელი წყლის ავზში.
   
5. ტუმბოს ჰიდრო – ენერგიის შენახვის ყველაზე იაფი ფორმა. თუმცა, მისი მთავარი პრობლემა არის შეზღუდული ადგილები, სადაც ის შეიძლება განხორციელდეს.
   
6. შეკუმშული ჰაერი – ჰიდროს მსგავსად, ეს მეთოდი უბრალოდ შეკუმშავს ჰაერს ენერგიის შესანახად. შემდეგ, როდესაც ენერგია გჭირდებათ, თქვენ ათავისუფლებთ შეკუმშულ ჰაერს ტურბინის გასაძლიერებლად.
   
7. flywheel - თქვენ უბრალოდ იყენებთ ენერგიას კარგად დაბალანსებული ბორბლის დასატრიალებლად და ამით ინახავთ მას კინეტიკურ ენერგიად, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას გადაადგილებისთვის ან ელექტროენერგიის წარმოებისთვის.
   
8. ნაკადის ბატარეა – ეს არის ელექტროქიმიური შენახვის სისტემა, სადაც ელექტროლიტები სხვადასხვა ავზშია და სრულად დატენილი ავზიდან ცარიელ დამუხტვის ავზში უნდა გადიოდეს. შემდეგ ელექტროლიტების დასატენად, თქვენ უბრალოდ აბრუნებთ ნაკადს. ამ მეთოდს შეუძლია წარმოქმნას ძალიან ძლიერი ბატარეები, რადგან ორი ელექტროლიტი ურთიერთქმედებს მემბრანის მეშვეობით, რომელიც შეგიძლიათ ფართოდ გააფართოვოთ.
   
9. ფაზის შეცვლის მასალები - ეს მასალები შთანთქავს ენერგიას დნობისას, შემდეგ კი გასცემენ მას გამაგრებისას. ისინი იდეალურია თერმული ენერგიის შესანახად ზუსტ ტემპერატურაზე.

ხშირად დასმული კითხვები (FAQs)

დასკვნა

ჩვენ მივაღწიეთ ქვიშის ბატარეების და მათი ეკონომიკური პოტენციალის შესწავლის დასასრულს. და როგორც თქვენ უნდა გააცნობიეროთ, ისინი ბევრ შესაძლებლობას გვთავაზობენ.

დაწყებული თემებისთვის სითბოს მიწოდებიდან ელექტროენერგიის გამომუშავებამდე, სილიციუმის ქვიშის ჭუჭყიანი სიძვირე მას პერსპექტიულ საშუალებად აქცევს მომავალი ენერგეტიკული პროექტებისთვის.