Kum Piller nedir? Bilmen gereken her şey

Finlandiya'dan bir kum pili ile ilgili haberler kısa süre önce manşet haber oldu, ancak bu sistem yalnızca ısıyı depolayıp serbest bıraktı.

Termal ısı depolama yeni bir teknoloji değil ancak bu pilot çalışma proje Yeşil enerji teknolojileri ve sistemlerinin gelecekteki bazı olasılıklarına dikkat çekiyor.

Bu gönderi, enerji depolama için kumu çevreleyen teknolojiye ve benzer teknolojilere ve bunların dünya için ne anlama geldiğine bakıyor.

Kumdan Enerji?

Doğal kum, onu termal enerji depolaması için ideal bir ortam haline getiren birçok niteliğe sahiptir. 1,000°C'nin (1,832°F) üzerindeki sıcaklıklara sorunsuzca ısıtabilirsiniz ve bu ısıyı minimum kayıpla günler, haftalar ve hatta aylar boyunca tutabilir.

Pilin, belirli bir zamanda üretilen enerjiyi farklı bir zamanda kullanılabilecek şekilde depolama aracı olduğunu düşünürsek, elektrik enerjisi ile ısıtılarak depolanıp daha sonra kullanılmak üzere ısıtılan kum pildir.

Finlandiya'dan Viral Kum Pili

Finlandiya'nın batısındaki Kankaanpää bölgesinde, tarafından geliştirilen patentli bir ısı depolama enerji sistemi bulunmaktadır. Kutup Gecesi. 7 metre yüksekliğinde ve 4 metre genişliğindeki bir siloda kumu 600°C'ye (1,112°F) kadar ısıtmak ve daha sonra bölgesel ısıtma şebekesinde kullanmak için yenilenebilir kaynaklardan gelen fazla elektrik enerjisini kullanır.

Burada akılda tutulması gereken birkaç şey önemlidir. Birincisi, kullanılan enerji, rüzgar ve güneş gibi yenilenebilir kaynaklardan elde edilen fazla üretimdir. Bu, ticari amaçlar için diğer enerji depolama sistemleriyle herhangi bir nesnel karşılaştırmayı ortadan kaldırır.

İkincisi, sistem yalnızca termal depolama ve dağıtım için kullanılır – yani elektrik enerjisi ısıya dönüştürülür ve kumda depolanır. Daha sonra ihtiyaç duyulduğunda ısı çıkartılır ve ihtiyaç duyulan evlere ve fabrikalara dağıtılır.

Üçüncüsü, doğal kum oldukça etkileyici miktarda enerji tutabilir. Örneğin, bu Fin Polar Night pili, 100 kW ısıtma kapasitesinde toplam 600 MWh depolanmış enerji için yaklaşık 8 Santigratta 100 ton kum tutar. Bu, kumu, fantezi teknolojiler, kurulumlar veya tehlikeli gereksinimler olmadan delicesine ucuz bir enerji depolama ortamı haline getirir.

Mevsimsel Termal Enerji Depolama Hakkında

Mevsimsel Termal Enerji Depolama veya kısaca STES, çok uzun süredir var. En basit haliyle, yazın çatıdan sıcak su toplayabilir ve kışın ısınmak için kullanabileceğiniz bir yeraltı deposunda saklayabilirsiniz.

Bununla birlikte, çoğu STES sistemi, ısıyı 100°C'nin altında depolar, bu da onları evleri ve ofisleri ısıtmak için uygun hale getirir, ancak diğer endüstriyel kullanımlar veya enerji üretimi için daha az idealdir.

Yöntem basittir, güneş, endüstriyel ısı atıkları vb. Sistemin verimliliği, ısı değişim yöntemine ve verimliliğine bağlıdır.

Ardından, enerji kaybını en aza indirmek için ısıtılmış ortamı yalıtılmış bir mahfaza içinde saklamanız gerekecektir. Bazı muhafazalar ısıyı aylarca iyi tutabilir.

Son olarak, depolama ortamı, radyatör ısıtıcısı gibi başka bir ısı eşanjöründen geçirilerek evlere ve ofislere ısıtma sağlamak için kış aylarında dışarı pompalanır. STES depolama ortamları olarak kullanılan yaygın malzemeler arasında su, yağ, toprak, tuz hidratları ve benzerleri bulunur.

Depolanmış Termal Enerjinin Popüler Kullanımları

Depolanan termal enerji, amaçlanan uygulamaya bağlı olarak birçok kullanıma sahiptir. İşte en popüler olanlar:

1. Isıtma Evleri ve Ofisler – Depolanan termal, kışın yaşam ve çalışma alanlarının ısınmasını kolaylıkla sağlayabilir.
   
2. Sıcak Su – Günlük kullanımlar için her zaman hazır sıcak su sağlamak için ısı da aktarılabilir.
   
3. Endüstriyel Uygulamalar – Sıcak su, karıştırmadan temizlemeye, gıda işlemeye, solvent yapımına, sterilizasyona ve çok daha fazlasına kadar çok çeşitli endüstriyel uygulamalar için kullanılır.
   
4. Elektrik üretimi  – Depolanan termal enerjiyi, suyu ısıtmak ve buhara dönüştürmek için de kullanabilir ve türbinleri çalıştırmasını sağlayabilirsiniz, bu da sırayla elektrik gücü üreten alternatörleri çalıştırır.

Kum Pilinin Ekonomisi

Su, kuma kıyasla daha fazla enerji depolayabilir, ancak 100°C'den (212°F) yukarı doğru kararsız hale gelirken, kum 600°C (1112°F) sıcaklık içerebilir.

Su ayrıca termal enerjisini kumdan daha uzun süre muhafaza edecek ve bu da suyu mevsimsel enerji depolaması için daha iyi bir ortam haline getirecektir. Ancak, ısıyı saatler veya sadece birkaç gün içinde tüketen bir uygulama düşünüyorsanız, kum yine en iyi seçenek haline gelir. PV güneş ve rüzgar gibi kesintili enerji kaynaklarını tamamlamak için mükemmeldir.

Fin kum aküsüne geri dönersek, 7 metre yüksekliğindeki çelik konteyner, 100 MWh'ye kadar enerji tutan 8 ton kum için tasarlanmıştır.

Bir perspektife oturtmak gerekirse, ortalama bir ABD evi yılda yaklaşık 10 MWh enerji tüketirken, bu sayı Avrupa'da Romanya'da yaklaşık 2 MWh ile İsveç'te 9 MWh arasında değişmektedir. Ayrıca, enerjinin %30-50'si kış boyunca ısınmak için kullanılmaktadır.

Bu, 7 metre yüksekliğindeki bir kum deposunun, bulunduğunuz yere bağlı olarak, kış boyunca birkaç evi ısıtmak için yeterli gücü üretebileceği anlamına gelir. Ancak büyüklüğü göz önüne alındığında, yoğun nüfuslu şehir merkezlerinde pratik bir uygulama olmayacaktır.

100kW'lık ısıtma kapasitesini %30 oranında elektriğe dönüştürmek ise gündüz 20'den fazla eve, geceleri daha fazla eve yetecek elektrik üretebilir.

Bu nedenle, uygun şekilde optimize edilmiş, kWh kapasite başına yaklaşık 5 $ maliyeti olan bir kum pil, kurşun-asit ve lityum-iyon pil sistemleri için mevcut kWh başına 100 $+ maliyetine harika bir alternatif olabilir. Evet, daha hacimli olabilir, ancak çok daha ucuzdur.

Elektrik Üretimi İçin Kum Piller

Elektrik üretiminde daha sonra kullanılmak üzere termal enerjinin depolanması, Türkiye'de uygulanan kanıtlanmış ve güvenilir bir teknolojidir. Konsantre Güneş Enerjisi (CSP) onlarca yıldır projeler.

Modern bir CSP sistemindeki enerji, tek bir fırında yüzlerce veya binlerce aynanın konsantre edilmesiyle tutulur. Bu aynalar daha sonra fırında 565 °C'ye (1,049 °F) kadar sabit ısıyı garanti etmek için gün boyunca güneşi takip eder.

CSP kurulumları genellikle çok büyüktür ve merkezde güneş alıcıları ve 1+ Megawatt aralığında elektrik üretim kapasiteleri ile milyonlarca fit kareyi (~2+km100) kapsar.

Gece üretimi için CSP sistemlerinde enerji depolamak için %60 sodyum nitrat ve %40 potasyum nitrat içeren erimiş bir tuz karışımı kullanılır. Ancak kum pilinin aksine, bu tuz karışımı bir sıvı gibi akmasını sağlamak için yüksek sıcaklıklarda erir.

Hem CSP hem de kum pil sistemleri, güneş enerjisini yaklaşık %15-20'lik eşit verimlilikte ısı enerjisine dönüştürür. Ancak CSP erimiş tuz sistemleri depolanan ısıyı elektriğe dönüştürmede yaklaşık %50 verimliliğe sahipken, Fin kum pili teorik olarak %20-25 verimliliğe sahiptir.

CSP sistemleri ticari olarak uygundur, bu nedenle, bu Fin pilini ısıdan elektriğe dönüşüm verimliliğini %30'un üzerine çıkarmak için ayarlayabilirseniz, yenilenebilir elektriği ucuza depolamak ve tedarik etmek için uygun bir teknoloji haline gelebilir.

Benzer Depolama Teknolojileri

Her birinin artıları ve eksileri olan başka birçok enerji depolama biçimi vardır. En popüler türler şunları içerir:

1. Elektrokimyasal Enerji Depolama – Pillerde bulacağınız gibi, bu, tersinir elektrokimyasal reaksiyonlar kullanarak enerjiyi depolamak ve serbest bırakmak için iki element arasındaki potansiyel farktan yararlanır.
   
2. Mekanik Enerji Depolama – Bu, bir cismi yukarı kaldırarak ve irtifasını artırarak enerjiyi depolayan yerçekimi sistemlerinin yanı sıra volanlar ve yayların kullanımı da dahil olmak üzere farklı yöntemleri içerir.
   
3. Erimiş Tuz Enerjisi Depolama (MSES) – Buradaki depolama, örneğin %60 sodyum nitrat ve %40 potasyum nitrat kombinasyonu kullanılarak termaldir.
   
4. Termal Sıcak Su – Bu yönteme kadar depolayabilir 6kWh enerji 50 galonluk sıcak su deposunda.
   
5. pompalı hidro – En ucuz enerji depolama şekli. Bununla birlikte, asıl sorunu, uygulanabileceği sınırlı yerlerdir.
   
6. Sıkıştırılmış hava – Hidroya benzer şekilde, bu yöntem sadece enerjiyi depolamak için havayı sıkıştırır. Daha sonra enerjiye ihtiyacınız olduğunda, bir türbini çalıştırmak için basınçlı havayı serbest bırakırsınız.
   
7. volan – Dengeli bir tekerleği döndürmek için enerjiyi kullanırsınız, böylece onu hareket veya elektrik enerjisi üretimi için kullanılabilecek kinetik enerji olarak depolarsınız.
   
8. Akış Pili – Elektrolitlerin farklı tanklarda bulunduğu ve tam dolu bir tanktan boş bir şarj tankına akması gereken bir elektrokimyasal depolama sistemidir. Ardından elektrolitleri şarj etmek için akışı tersine çevirmeniz yeterlidir. Bu yöntem, iki elektrolit, kapsamlı bir şekilde ölçekleyebileceğiniz bir zar aracılığıyla etkileşime girdiğinden çok güçlü piller üretebilir.
   
9. Faz Değiştiren Malzemeler – Bu malzemeler eridikçe enerjiyi emer, sonra katılaştıkça verir. Termal enerjiyi hassas sıcaklıklarda depolamak için idealdirler.

Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

Sonuç

Kum pillerinin ve ekonomik potansiyellerinin araştırılmasının sonuna geldik. Ve fark etmiş olmanız gerektiği gibi, birçok olasılık sunuyorlar.

Topluluklara ısı sağlamaktan elektrik enerjisi üretimine kadar, silis kumunun kir ucuzluğu onu gelecekteki enerji projeleri için umut verici bir ortam haline getiriyor.