"एक बॉक्स में सूरज" ग्रिड के लिए अक्षय ऊर्जा का भंडारण करेगा: सिस्टम के लिए डिज़ाइन जो सौर प्रदान करता है- या मांग पर पवन-जनित बिजली अन्य प्रमुख विकल्पों की तुलना में सस्ती होनी चाहिए

MIT इंजीनियरों ने अक्षय ऊर्जा को संग्रहीत करने के लिए एक प्रणाली के लिए एक वैचारिक डिजाइन तैयार किया है, जैसे सौर और पवन ऊर्जा, और उस ऊर्जा को मांग पर इलेक्ट्रिक ग्रिड में वापस पहुंचाएं. सिस्टम को एक छोटे शहर को बिजली देने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है, न कि केवल तब जब सूरज उग रहा हो या हवा तेज़ हो, लेकिन चौबीस घंटे.

नया डिज़ाइन सौर या पवन ऊर्जा से अतिरिक्त बिजली से उत्पन्न गर्मी को सफेद-गर्म पिघले हुए सिलिकॉन के बड़े टैंकों में संग्रहीत करता है, और फिर जरूरत पड़ने पर चमकती धातु से प्रकाश को वापस बिजली में परिवर्तित करता है. शोधकर्ताओं का अनुमान है कि ऐसी प्रणाली लिथियम-आयन बैटरी की तुलना में काफी अधिक किफायती होगी, जिसे व्यवहार्य के रूप में प्रस्तावित किया गया है, हालांकि महंगा है, नवीकरणीय ऊर्जा भंडारण की विधि. उनका यह भी अनुमान है कि इस प्रणाली की लागत पंप किए गए जलविद्युत भंडारण से लगभग आधी होगी - ग्रिड-स्केल ऊर्जा भंडारण का अब तक का सबसे सस्ता रूप.

एमआईटी शोधकर्ता एक नवीकरणीय भंडारण प्रणाली के लिए एक अवधारणा का प्रस्ताव करते हैं, यहाँ चित्रित, जो सौर और पवन ऊर्जा को सफेद-गर्म तरल सिलिकॉन के रूप में संग्रहित करेगा, भारी इन्सुलेटेड टैंकों में संग्रहित. छवि: डंकन मैकग्रुअर

“भले ही हम अभी नवीकरणीय ऊर्जा पर ग्रिड चलाना चाहते हों लेकिन हम ऐसा नहीं कर सकते, क्योंकि आपको इस तथ्य की भरपाई के लिए जीवाश्म-ईंधन वाले टर्बाइनों की आवश्यकता होगी कि नवीकरणीय आपूर्ति मांग पर नहीं भेजी जा सकती है,एसेगुन हेनरी कहते हैं, रॉबर्ट एन. नॉयस कैरियर डेवलपमेंट मैकेनिकल इंजीनियरिंग विभाग में एसोसिएट प्रोफेसर. “हम एक नई तकनीक विकसित कर रहे हैं, अगर सफल, ऊर्जा और जलवायु परिवर्तन की इस सबसे महत्वपूर्ण और गंभीर समस्या का समाधान होगा, यानी, भंडारण की समस्या।"

हेनरी और उनके सहयोगियों ने आज अपना डिज़ाइन जर्नल में प्रकाशित किया है ऊर्जा और पर्यावरण विज्ञान.

तापमान रिकॉर्ड करें

नई भंडारण प्रणाली एक परियोजना से उत्पन्न हुई है जिसमें शोधकर्ताओं ने नवीकरणीय ऊर्जा के एक रूप की दक्षता बढ़ाने के तरीकों की तलाश की, जिसे केंद्रित सौर ऊर्जा के रूप में जाना जाता है।. पारंपरिक सौर संयंत्रों के विपरीत जो प्रकाश को सीधे बिजली में परिवर्तित करने के लिए सौर पैनलों का उपयोग करते हैं, संकेंद्रित सौर ऊर्जा के लिए विशाल दर्पणों के विशाल क्षेत्रों की आवश्यकता होती है जो सूर्य के प्रकाश को एक केंद्रीय टॉवर पर केंद्रित करते हैं, जहां प्रकाश को ऊष्मा में परिवर्तित किया जाता है जो अंततः बिजली में बदल जाती है.

“प्रौद्योगिकी दिलचस्प होने का कारण यह है, once you do this process of focusing the light to get heat, आप बिजली को स्टोर करने की तुलना में कहीं अधिक सस्ते में गर्मी को स्टोर कर सकते हैं,हेनरी नोट करते हैं.

सांद्रित सौर संयंत्र सौर ताप को पिघले हुए नमक से भरे बड़े टैंकों में संग्रहित करते हैं, जिसे लगभग ऊँचे तापमान तक गर्म किया जाता है 1,000 डिग्रीज़ फारेनहाइट. जब बिजली की जरूरत हो, गर्म नमक को हीट एक्सचेंजर के माध्यम से पंप किया जाता है, जो नमक की गर्मी को भाप में स्थानांतरित करता है. फिर एक टरबाइन उस भाप को बिजली में बदल देता है.

“यह तकनीक कुछ समय से मौजूद है, लेकिन सोच यह रही है कि इसकी लागत कभी इतनी कम नहीं होगी कि प्राकृतिक गैस से प्रतिस्पर्धा कर सके,हेनरी कहते हैं. “इसलिए बहुत अधिक तापमान पर काम करने पर जोर दिया गया, ताकि आप अधिक कुशल ताप इंजन का उपयोग कर सकें और लागत कम कर सकें।"

तथापि, यदि संचालकों को नमक को वर्तमान तापमान से कहीं अधिक गर्म करना होता, नमक उन स्टेनलेस स्टील टैंकों को नष्ट कर देगा जिनमें इसे संग्रहीत किया गया है. इसलिए हेनरी की टीम ने नमक के अलावा किसी अन्य माध्यम की तलाश की जो बहुत अधिक तापमान पर गर्मी जमा कर सके. उन्होंने शुरू में एक तरल धातु का प्रस्ताव रखा और अंततः सिलिकॉन पर निर्णय लिया - पृथ्वी पर सबसे प्रचुर धातु, जो अविश्वसनीय रूप से उच्च तापमान का सामना कर सकता है 4,000 डिग्रीज़ फारेनहाइट.

पिछले साल, टीम ने एक पंप विकसित किया जो इतनी तेज़ गर्मी का सामना कर सकता है, और एक नवीकरणीय भंडारण प्रणाली के माध्यम से तरल सिलिकॉन को पंप कर सकता है. पंप में रिकॉर्ड पर उच्चतम ताप सहनशीलता है - एक उपलब्धि जिसे "द गिनीज बुक ऑफ वर्ल्ड रिकॉर्ड्स" में दर्ज किया गया है। उस विकास के बाद से, टीम एक ऊर्जा भंडारण प्रणाली डिजाइन कर रही है जिसमें ऐसे उच्च तापमान वाले पंप को शामिल किया जा सकता है.

"एक बक्से में सूरज"

अभी, शोधकर्ताओं ने एक नई नवीकरणीय ऊर्जा भंडारण प्रणाली के लिए अपनी अवधारणा की रूपरेखा तैयार की है, जिसे वे TEGS-MPV कहते हैं, थर्मल एनर्जी ग्रिड स्टोरेज-मल्टी-जंक्शन फोटोवोल्टिक्स के लिए. गर्मी को केंद्रित करने के लिए दर्पणों के क्षेत्रों और एक केंद्रीय टॉवर का उपयोग करने के बजाय, वे किसी भी नवीकरणीय स्रोत द्वारा उत्पन्न बिजली को परिवर्तित करने का प्रस्ताव करते हैं, जैसे धूप या हवा, तापीय ऊर्जा में, जूल हीटिंग के माध्यम से - एक प्रक्रिया जिसके द्वारा विद्युत धारा एक हीटिंग तत्व से होकर गुजरती है.

इस प्रणाली को मौजूदा नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालियों के साथ जोड़ा जा सकता है, जैसे सौर सेल, दिन के दौरान अतिरिक्त बिजली एकत्र करने और बाद में उपयोग के लिए इसे संग्रहीत करने के लिए. विचार करना, उदाहरण के लिए, एरिज़ोना का एक छोटा सा शहर जो अपनी बिजली का एक हिस्सा सौर संयंत्र से प्राप्त करता है.

“माना कि हर कोई काम से घर जा रहा है, अपने एयर कंडीशनर चालू कर रहे हैं, और सूरज ढल रहा है, लेकिन यह अभी भी गर्म है,हेनरी कहते हैं. "उस बिंदु पर, फोटोवोल्टिक्स का अधिक उत्पादन नहीं होने वाला है, इसलिए आपको पहले दिन की कुछ ऊर्जा संग्रहित करनी होगी, जैसे कि जब सूर्य दोपहर के समय था. उस अतिरिक्त बिजली को उस भंडारण प्रणाली में भेजा जा सकता है जिसका हमने यहां आविष्कार किया है।''

इस प्रणाली में एक बड़ा शामिल होगा, भारी इन्सुलेशन, 10-ग्रेफाइट से बना मीटर चौड़ा टैंक और तरल सिलिकॉन से भरा हुआ, लगभग "ठंडे" तापमान पर रखा गया 3,500 डिग्रीज़ फारेनहाइट. ट्यूबों का एक बैंक, हीटिंग तत्वों के संपर्क में, फिर इस ठंडे टैंक को एक सेकंड से जोड़ता है, "गर्म" टैंक. जब शहर के सौर सेल से बिजली सिस्टम में आती है, यह ऊर्जा तापन तत्वों में ऊष्मा में परिवर्तित हो जाती है. इस दौरान, तरल सिलिकॉन को ठंडे टैंक से बाहर निकाला जाता है और हीटिंग तत्वों के संपर्क में आने वाली ट्यूबों के किनारे से गुजरते समय यह और गर्म हो जाता है, और गर्म टैंक में, जहां तापीय ऊर्जा अब लगभग बहुत अधिक तापमान पर संग्रहित है 4,300 एफ.

जब बिजली की जरूरत हो, कहो, सूरज डूबने के बाद, गर्म तरल सिलिकॉन - इतना गर्म कि यह सफेद चमक रहा है - ट्यूबों की एक श्रृंखला के माध्यम से पंप किया जाता है जो उस प्रकाश का उत्सर्जन करता है. विशिष्ट सौर सेल, मल्टीजंक्शन फोटोवोल्टिक्स के रूप में जाना जाता है, फिर उस प्रकाश को बिजली में बदल दो, जिसे शहर के ग्रिड को आपूर्ति की जा सकती है. अब ठंडा किए गए सिलिकॉन को भंडारण के अगले दौर तक वापस ठंडे टैंक में डाला जा सकता है - जो एक बड़ी रिचार्जेबल बैटरी के रूप में प्रभावी ढंग से कार्य करता है.

“लोगों ने हमारी अवधारणा को स्नेहपूर्ण नामों में से एक नाम से पुकारना शुरू कर दिया है, 'एक बक्से में सूरज' है,' जिसे जॉर्जिया टेक में मेरे सहयोगी शैनन यी द्वारा गढ़ा गया था,हेनरी कहते हैं. "यह मूल रूप से एक अत्यंत तीव्र प्रकाश स्रोत है जो एक बॉक्स में समाहित है जो गर्मी को रोकता है।"

एक भंडारण कुंजी

हेनरी का कहना है कि सिस्टम को इतने मोटे और मजबूत टैंकों की आवश्यकता होगी जो पिघले हुए तरल को अंदर से सुरक्षित रख सकें.

“सामान अंदर से सफ़ेद गर्म चमक रहा है, लेकिन आप बाहर जो छूते हैं वह कमरे का तापमान होना चाहिए,हेनरी कहते हैं.

उन्होंने प्रस्ताव दिया है कि टैंक ग्रेफाइट से बनाए जाएं. लेकिन चिंताएं हैं कि सिलिकॉन, इतने ऊंचे तापमान पर, सिलिकॉन कार्बाइड का उत्पादन करने के लिए ग्रेफाइट के साथ प्रतिक्रिया करेगा, जो टैंक को खराब कर सकता है.

इस संभावना का परीक्षण करने के लिए, टीम ने एक लघु ग्रेफाइट टैंक बनाया और इसे तरल सिलिकॉन से भर दिया. जब तरल रखा गया था 3,600 एफ के बारे में 60 मिनट, सिलिकॉन कार्बाइड का निर्माण हुआ, लेकिन टैंक को क्षत-विक्षत करने के बजाय, इसने एक पतलापन पैदा किया, सुरक्षात्मक लाइनर.

“यह ग्रेफाइट से चिपक जाता है और एक सुरक्षात्मक परत बनाता है, आगे की प्रतिक्रिया को रोकना,हेनरी कहते हैं. "तो आप इस टैंक को ग्रेफाइट से बना सकते हैं और यह सिलिकॉन से खराब नहीं होगा।"

समूह को एक अन्य चुनौती से निपटने का रास्ता भी मिल गया: चूँकि सिस्टम के टैंक बहुत बड़े होंगे, इन्हें ग्रेफाइट के एक टुकड़े से बनाना असंभव होगा. यदि इसके बजाय उन्हें कई टुकड़ों से बनाया जाता, पिघले हुए तरल को बाहर निकलने से रोकने के लिए इन्हें इस तरह से सील करना होगा. उनके पेपर में, शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि वे ग्रेफाइट के टुकड़ों को कार्बन फाइबर बोल्ट के साथ जोड़कर और उन्हें ग्राफोइल - लचीले ग्रेफाइट से सील करके किसी भी रिसाव को रोक सकते हैं जो उच्च तापमान वाले सीलेंट के रूप में कार्य करता है।.

शोधकर्ताओं का अनुमान है कि एक एकल भंडारण प्रणाली एक छोटे शहर को लगभग सक्षम कर सकती है 100,000 घरों को पूरी तरह से नवीकरणीय ऊर्जा द्वारा संचालित किया जाएगा.

“ऊर्जा भंडारण में नवाचार अभी चल रहा है,एडिसन स्टार्क कहते हैं, द्विदलीय नीति केंद्र में ऊर्जा नवाचार के लिए एसोसिएट निदेशक, और अमेरिकन एनर्जी इनोवेशन काउंसिल के स्टाफ निदेशक. “ऊर्जा प्रौद्योगिकीविद् कम लागत की अनिवार्यता को पहचानते हैं, ग्रिड पर गैर-प्रेषण योग्य उत्पादन प्रौद्योगिकियों को संतुलित करने के लिए उच्च दक्षता वाले भंडारण विकल्प उपलब्ध हैं. जैसे की, इस समय कई बेहतरीन विचार सामने आ रहे हैं. इस मामले में, अविश्वसनीय रूप से उच्च भंडारण तापमान के साथ मिलकर एक ठोस-राज्य पावर ब्लॉक का विकास जो संभव है उसकी सीमाओं को आगे बढ़ाता है।

हेनरी इस बात पर जोर देते हैं कि सिस्टम का डिज़ाइन भौगोलिक रूप से असीमित है, मतलब कि इसे कहीं भी स्थापित किया जा सकता है, किसी स्थान के परिदृश्य की परवाह किए बिना. यह पंपयुक्त जलविद्युत के विपरीत है - वर्तमान में ऊर्जा भंडारण का सबसे सस्ता रूप, जिसके लिए ऐसे स्थानों की आवश्यकता होती है जो बड़े झरनों और बांधों को समायोजित कर सकें, गिरते पानी से ऊर्जा संग्रहित करने के लिए.

“यह भौगोलिक रूप से असीमित है, और पंप किए गए हाइड्रो से सस्ता है, जो बहुत रोमांचक है,हेनरी कहते हैं. "सिद्धांत में, यह पूरे ग्रिड को बिजली प्रदान करने के लिए नवीकरणीय ऊर्जा को सक्षम करने की आधारशिला है।''

स्रोत: एचटीटीपी://news.mit.edu, जेनिफर चु द्वारा