"Suno en skatolo" stokus renovigeblan energion por la krado: Dezajno por sistemo kiu provizas sunan- aŭ vento-generita potenco laŭ postulo devus esti pli malmultekosta ol aliaj gvidaj elektoj

MIT-inĝenieroj elpensis koncipan dezajnon por sistemo por stoki renoviĝantan energion, kiel suna kaj vento energio, kaj liveri tiun energion reen en elektran reton laŭpostule. La sistemo povas esti dizajnita por funkciigi malgrandan urbon ne nur kiam la suno leviĝas aŭ la vento estas alta, sed ĉirkaŭ la horloĝo.

La nova dezajno stokas varmecon generitan de troa elektro de suna aŭ ventoenergio en grandaj tankoj de blanke varmega fandita silicio., kaj tiam konvertas la lumon de la brilanta metalo reen en elektron kiam ĝi estas bezonata. La esploristoj taksas, ke tia sistemo estus multe pli pagebla ol litio-jonaj kuirilaroj, kiuj estis proponitaj kiel realigeblaj, kvankam multekosta, metodo por stoki renovigeblan energion. Ili ankaŭ taksas, ke la sistemo kostus proksimume duonon tiom multe ol pumpita hidrelektra stokado - la plej malmultekosta formo de krad-skala energistokado ĝis nun..

Esploristoj de MIT proponas koncepton por renovigebla stokada sistemo, bildigita ĉi tie, tio stokus sunan kaj ventan energion en formo de blanke varmega likva silicio, stokita en tre izolitaj tankoj. Bildo: Duncan MacGruer

"Eĉ se ni volus funkciigi la reton sur renovigeblaj nune, ni ne povus, ĉar vi bezonus fosiliajn turbinojn por kompensi la fakton, ke la renovigebla provizo ne povas esti sendita laŭ postulo.,” diras Asegun Henriko, la Robert N. Noyce Career Development Associate Professor en la Sekcio de Mekanika Inĝenierado. "Ni disvolvas novan teknologion tion, se sukcesa, solvus ĉi tiun plej gravan kaj kritikan problemon en energio kaj klimata ŝanĝiĝo, Kiel Elekti la Ĝustan Agil Kadron, la stoka problemo."

Henry kaj liaj kolegoj publikigis sian dezajnon hodiaŭ en la ĵurnalo Energio kaj Mediscienco.

Rekorda tempoj

La nova stoksistemo devenas de projekto en kiu la esploristoj serĉis manierojn pliigi la efikecon de formo de renovigebla energio konata kiel koncentrita suna energio.. Male al konvenciaj sunaj plantoj kiuj uzas sunpanelojn por konverti lumon rekte en elektron, koncentrita sunenergio postulas vastajn kampojn de grandegaj speguloj kiuj koncentras sunlumon sur centra turo, kie la lumo estas konvertita en varmon kiu estas poste igita elektro.

"La kialo, ke teknologio estas interesa, estas, unufoje vi faras ĉi tiun procezon fokusigi la lumon por akiri varmon, vi povas stoki varmon multe pli malmultekoste ol vi povas stoki elektron,” Henriko notas.

Koncentrigitaj sunaj plantoj stokas sunan varmon en grandaj tankoj plenigitaj kun fandita salo, kiu estas varmigita al altaj temperaturoj de ĉ 1,000 gradoj Fahrenheit. Kiam elektro necesas, la varma salo estas pumpita tra varmointerŝanĝilo, kiu transigas la varmon de la salo en vaporon. Turbino tiam turnas tiun vaporon en elektron.

“Ĉi tiu teknologio ekzistas de kelka tempo, sed la pensado estis, ke ĝia kosto neniam estos sufiĉe malalta por konkuri kun natura gaso,” Henriko diras. “Do estis premo funkcii ĉe multe pli altaj temperaturoj, do vi povus uzi pli efikan varmomotoron kaj malaltigi la koston.”

Tamen, se funkciigistoj varmigus la salon multe preter nunaj temperaturoj, la salo korodus la neoksideblajn tankojn en kiuj ĝi estas stokita. Do la teamo de Henry serĉis rimedon krom salo, kiu povus stoki varmon ĉe multe pli altaj temperaturoj. Ili komence proponis likvan metalon kaj finfine decidiĝis sur silicio — la plej abunda metalo sur la Tero, kiu povas elteni nekredeble altajn temperaturojn de super 4,000 gradoj Fahrenheit.

Pasintjare, la teamo evoluigis pumpilon kiu povis elteni tian vezikegan varmecon, kaj povus penseble pumpi likvan silicion tra renovigebla stoka sistemo. La pumpilo havas la plej altan varmotoleremon registrita - heroaĵo kiu estas notita en "La Guiness-Libro de Mondaj Rekordoj". Ekde tiu evoluo, la teamo dizajnis energion-stokan sistemon, kiu povus enkorpigi tian alt-temperaturan pumpilon.

"Suno en skatolo"

Nun, la esploristoj skizis sian koncepton por nova renoviĝanta energio stokado sistemo, kiun ili nomas TEGS-MPV, por Termika Energio Grid Stokado-Multi-Junction Fotovoltaiko. Anstataŭ uzi kampojn de speguloj kaj centra turo por koncentri varmegon, ili proponas konverti elektron generitan de iu renovigebla fonto, kiel sunlumo aŭ vento, en termikan energion, per ĵula hejtado — procezo per kiu elektra kurento pasas tra hejtelemento.

La sistemo povus esti parigita kun ekzistantaj renoviĝantenergiaj sistemoj, kiel ekzemple sunaj ĉeloj, por kapti troan elektron dum la tago kaj konservi ĝin por posta uzo. Konsideru, ekzemple, urbeto en Arizono kiu ricevas parton de sia elektro de suna planto.

“Diru, ke ĉiuj iras hejmen de la laboro, ŝaltante siajn klimatizilojn, kaj la suno subiras, sed estas ankoraŭ varma,” Henriko diras. “Ĉe tiu punkto, la fotovoltaiko ne havos multe da produktado, do vi devus esti konservinta iom da la energio de pli frue en la tago, kiel kiam la suno estis tagmeze. Tiu troa elektro povus esti direktita al la stoksistemo, kiun ni inventis ĉi tie."

La sistemo konsistus el granda, forte izolita, 10-metro-larĝa tanko farita el grafito kaj plenigita per likva silicio, tenita ĉe "malvarma" temperaturo de preskaŭ 3,500 gradoj Fahrenheit. Banko de tuboj, elmontrita al varmigaj elementoj, tiam ligas ĉi tiun malvarman tankon al sekundo, "varma" tanko. Kiam elektro de la sunĉeloj de la urbo venas en la sistemon, tiu energio estas konvertita al varmo en la hejtelementoj. Dume, likva silicio estas pumpita el la malvarma tanko kaj plue varmiĝas dum ĝi pasas tra la banko de tuboj elmontritaj al la hejtelementoj., kaj en la varman tankon, kie la varmoenergio nun estas stokita ĉe multe pli alta temperaturo de ĉirkaŭ 4,300 F.

Kiam elektro necesas, diru, post kiam la suno subiris, la varma likva silicio - tiel varma ke ĝi brilas blanka - estas pumpita tra aro da tuboj kiuj elsendas tiun lumon.. Specialigitaj sunĉeloj, konata kiel multijunkcia fotovoltaiko, tiam turnu tiun lumon en elektron, kiu povas esti liverita al la krado de la urbo. La nun malvarmigita silicio povas esti pumpita reen en la malvarman tankon ĝis la sekva stokado — agante efike kiel granda reŝargebla kuirilaro..

“Unu el la amaj nomoj kiujn homoj komencis nomi nian koncepton, estas ‘suno en skatolo,’ kiu estis kreita de mia kolego Shannon Yee ĉe Georgia Tech,” Henriko diras. "Ĝi estas esence ege intensa lumfonto, kiu estas ĉio enhavita en skatolo, kiu kaptas la varmegon."

Ŝlosilo de konservado

Henry diras, ke la sistemo postulus tankojn sufiĉe dikaj kaj fortaj por izoli la fanditan likvaĵon ene.

“La aĵoj estas blanke varmegas interne, sed tio, kion vi tuŝas ekstere, estu ĉambra temperaturo,” Henriko diras.

Li proponis, ke la tankoj estu faritaj el grafito. Sed estas zorgoj, ke silicio, ĉe tiom altaj temperaturoj, reagus kun grafito por produkti siliciokarbidon, kiu povus korodi la tankon.

Por provi ĉi tiun eblecon, la teamo fabrikis miniaturan grafittankon kaj plenigis ĝin kun likva silicio. Kiam la likvaĵo estis konservita ĉe 3,600 F por proksimume 60 minutoj, siliciokarbido ja formiĝis, sed anstataŭ korodi la tankon, ĝi kreis maldikaĵon, protekta tegaĵo.

“Ĝi gluiĝas al la grafito kaj formas protektan tavolon, malhelpante plian reagon,” Henriko diras. "Do vi povas konstrui ĉi tiun tankon el grafito kaj ĝi ne estos korodita de la silicio."

La grupo ankaŭ trovis manieron ĉirkaŭ alia defio: Ĉar la tankoj de la sistemo devus esti tre grandaj, estus neeble konstrui ilin el ununura peco de grafito. Se ili estus anstataŭe faritaj el pluraj pecoj, ĉi tiuj devus esti sigelitaj tiel por malhelpi la fanditan likvaĵon elflui. En ilia papero, la esploristoj pruvis, ke ili povus malhelpi ajnajn likojn per ŝraŭbi pecojn de grafito kune kun karbonfibraj rigliloj kaj sigelante ilin per grafoil - fleksebla grafito kiu funkcias kiel alt-temperatura sigelaĵo..

La esploristoj taksas, ke ununura stoksistemo povus ebligi malgrandan urbon de ĉirkaŭ 100,000 hejmoj por esti funkciigitaj tute per renoviĝanta energio.

"Novigado en energistokado havas momenton nun,” diras Addison Stark, asociita direktoro por energinovigado ĉe la Dupartia Politiko-Centro, kaj stabdirektoro por la amerika Energy Innovation Council. "Energiaj teknologoj rekonas la imperativon havi malaltan koston, alt-efikecaj stokaj opcioj haveblaj por ekvilibrigi nedisponeblajn generaciajn teknologiojn sur la krado. Kiel lumo de stelo disvastiĝas kaj malfortiĝas, estas multaj bonegaj ideoj kiuj aperas nun. Tiuokaze, la evoluo de solidsubstanca potencbloko kunligita kun nekredeble altaj stokadtemperaturoj puŝas la limojn de kio estas ebla."

Henry emfazas ke la dezajno de la sistemo estas geografie senlima, signifante ke ĝi povas esti situita ie ajn, sendepende de la pejzaĝo de loko. Tio estas kontraste al pumpita hidrelektra - nuntempe la plej malmultekosta formo de energistokado, kiu postulas lokojn kiuj povas alĝustigi grandajn akvofalojn kaj digojn, por stoki energion de falanta akvo.

“Ĉi tio estas geografie senlima, kaj estas pli malmultekosta ol pumpita hidro, kio estas tre ekscita,” Henriko diras. “En teorio, ĉi tio estas la pivoto por ebligi renovigeblan energion funkciigi la tutan reton."

Fonto: http://novaĵoj.mit.edu, de Jennifer Chu