«Солнце в коробке» будет хранить возобновляемую энергию для сети: Дизайн для системы, которая обеспечивает солнечную- или энергия ветра по запросу должна быть дешевле, чем другие ведущие варианты

Инженеры Массачусетского технологического института разработали концептуальный проект системы хранения возобновляемой энергии., такие как солнечная и ветровая энергия, и возвращать эту энергию обратно в электрическую сеть по требованию. Система может быть спроектирована для обеспечения электроснабжения небольшого города не только тогда, когда взошло солнце или сильный ветер., но круглосуточно.

Новая конструкция сохраняет тепло, вырабатываемое избыточной электроэнергией солнечной или ветровой энергии, в больших резервуарах с раскаленным добела расплавленным кремнием., а затем преобразует свет светящегося металла обратно в электричество, когда это необходимо.. По оценкам исследователей, такая система будет гораздо более доступной, чем литий-ионные батареи., которые были предложены как жизнеспособные, хоть и дорогой, метод хранения возобновляемой энергии. По их оценкам, система будет стоить примерно вдвое дешевле, чем гидроаккумулирующая гидроэлектростанция — самая дешевая форма сетевого хранения энергии на сегодняшний день..

Исследователи MIT предлагают концепцию возобновляемой системы хранения данных, изображено здесь, который будет хранить солнечную и ветровую энергию в виде раскаленного добела жидкого кремния., хранится в хорошо изолированных резервуарах. Образ: Дункан МакГрюэр

«Даже если бы мы хотели запустить энергосистему на возобновляемых источниках энергии прямо сейчас, мы не смогли бы, потому что вам потребуются турбины, работающие на ископаемом топливе, чтобы компенсировать тот факт, что возобновляемые источники энергии не могут быть отправлены по требованию.,» говорит Асегун Генри, Роберт Н. Нойс Доцент кафедры машиностроения по развитию карьеры. «Мы разрабатываем новую технологию, которая, в случае успеха, решит эту самую важную и критическую проблему в области энергетики и изменения климата., а именно, проблема с хранением».

Генри и его коллеги опубликовали сегодня свою разработку в журнале. Энергетика и экология.

Рекордные температуры

Новая система хранения возникла в результате проекта, в котором исследователи искали способы повысить эффективность возобновляемой энергии, известной как концентрированная солнечная энергия.. В отличие от обычных солнечных электростанций, которые используют солнечные панели для преобразования света непосредственно в электричество., концентрированная солнечная энергия требует обширных полей огромных зеркал, которые концентрируют солнечный свет на центральной башне., где свет преобразуется в тепло, которое в конечном итоге превращается в электричество.

«Причина интереса к технологиям заключается в том, что, как только вы выполните этот процесс фокусировки света, чтобы получить тепло, хранить тепло можно гораздо дешевле, чем хранить электричество,— отмечает Генри.

Концентрированные солнечные электростанции хранят солнечное тепло в больших резервуарах, наполненных расплавленной солью., который нагревается до высоких температур около 1,000 градусов по Фаренгейту. Когда необходимо электричество, горячая соль прокачивается через теплообменник, который передает тепло соли в пар. Затем турбина превращает этот пар в электричество..

«Эта технология существует уже давно., но считалось, что его стоимость никогда не станет достаточно низкой, чтобы конкурировать с природным газом.,»Генри говорит. «Поэтому возникла необходимость работать при гораздо более высоких температурах., чтобы вы могли использовать более эффективный тепловой двигатель и снизить затраты».

тем не мение, если бы операторы нагревали соль намного выше нынешних температур, соль разъедает резервуары из нержавеющей стали, в которых она хранится.. Поэтому команда Генри искала среду, отличную от соли, которая могла бы сохранять тепло при гораздо более высоких температурах.. Первоначально они предложили жидкий металл, а в конечном итоге остановились на кремнии — самом распространенном металле на Земле., которые могут выдерживать невероятно высокие температуры, превышающие 4,000 градусов по Фаренгейту.

Прошлый год, команда разработала насос, способный выдержать такую ​​палящую жару., и предположительно мог бы перекачивать жидкий кремний через возобновляемую систему хранения.. Насос имеет самую высокую термостойкость за всю историю наблюдений — достижение, отмеченное в «Книге рекордов Гиннесса». С тех пор развитие, команда разрабатывает систему хранения энергии, которая может включать в себя такой высокотемпературный насос..

«Солнце в коробочке»

Сейчас, Исследователи изложили свою концепцию новой системы хранения возобновляемой энергии, который они называют ТЭГС-МПВ, для многопереходных фотоэлектрических систем хранения тепловой энергии. Вместо использования зеркальных полей и центральной башни для концентрации тепла, они предлагают конвертировать электроэнергию, вырабатываемую любым возобновляемым источником, например, солнечный свет или ветер, в тепловую энергию, посредством джоулевого нагрева — процесса, при котором электрический ток проходит через нагревательный элемент..

Система может быть сопряжена с существующими системами возобновляемой энергетики., такие как солнечные батареи, улавливать излишки электроэнергии в течение дня и сохранять их для последующего использования. Учитывать, например, небольшой городок в Аризоне, который получает часть электроэнергии от солнечной электростанции.

«Скажи, что все идут домой с работы, включаю свои кондиционеры, и солнце садится, но все еще жарко,»Генри говорит. "В таком случае, фотоэлектрические элементы не будут иметь большой мощности, так что вам придется сохранить часть энергии, полученной ранее в тот же день., как когда солнце было в полдень. Избыток электроэнергии можно было бы направить в систему хранения, которую мы изобрели здесь».

Система будет состоять из большого, сильно изолированный, 10-метровый резервуар из графита и наполненный жидким кремнием, хранится при «холодной» температуре почти 3,500 градусов по Фаренгейту. Банк трубок, подвергается воздействию нагревательных элементов, затем подключает этот холодный резервуар ко второму, «горячий» танк. Когда в систему поступает электричество от городских солнечных батарей, эта энергия преобразуется в тепло в нагревательных элементах. между тем, жидкий кремний откачивается из холодного резервуара и далее нагревается при прохождении через блок трубок, подвергающихся воздействию нагревательных элементов., и в горячий бак, где тепловая энергия теперь хранится при гораздо более высокой температуре около 4,300 F.

Когда необходимо электричество, сказать, после захода солнца, горячий жидкий кремний — настолько горячий, что светится белым — прокачивается через множество трубок, излучающих этот свет. Специализированные солнечные батареи, известный как многопереходная фотогальваника, затем преврати этот свет в электричество, которые могут быть поданы в городскую сеть. Охлажденный кремний можно закачивать обратно в холодный резервуар до следующего цикла хранения, действуя эффективно как большая перезаряжаемая батарея..

«Одним из ласковых имен, которые люди стали называть нашу концепцию, это «солнце в коробке»,который был придуман моим коллегой Шеннон Йи из Технологического института Джорджии.,»Генри говорит. «По сути, это чрезвычайно интенсивный источник света, который заключен в коробку, удерживающую тепло».

Ключ хранения

Генри говорит, что для системы потребуются резервуары достаточной толщины и прочности, чтобы изолировать расплавленную жидкость внутри..

«Внутри эта штука раскалена добела., но то, к чему вы прикасаетесь снаружи, должно быть комнатной температуры,»Генри говорит.

Он предложил сделать танки из графита.. Но есть опасения, что кремний, при таких высоких температурах, будет реагировать с графитом с образованием карбида кремния, который может разъедать бак.

Чтобы проверить эту возможность, команда изготовила миниатюрный графитовый резервуар и наполнила его жидким кремнием.. Когда жидкость хранилась при 3,600 F примерно 60 минут, карбид кремния образовался, но вместо того, чтобы разъедать танк, это создало тонкий, защитный вкладыш.

«Он прилипает к графиту и образует защитный слой., предотвращение дальнейшей реакции,»Генри говорит. «Таким образом, вы можете построить этот резервуар из графита, и он не будет подвержен коррозии кремнием».

Группа также нашла способ обойти еще одну проблему.: Поскольку резервуары системы должны были бы быть очень большими, их невозможно было бы построить из одного куска графита. Если бы они вместо этого были сделаны из нескольких частей, они должны быть герметизированы таким образом, чтобы предотвратить вытекание расплавленной жидкости.. В своей статье, Исследователи продемонстрировали, что можно предотвратить любые утечки, скрутив кусочки графита вместе болтами из углеродного волокна и загерметизировав их графойлом — гибким графитом, который действует как высокотемпературный герметик..

По оценкам исследователей, одна система хранения может обеспечить небольшой город площадью около 100,000 дома будут полностью питаться от возобновляемых источников энергии.

«Инновации в области хранения энергии сейчас на пике популярности.,— говорит Эддисон Старк, заместитель директора по энергетическим инновациям в Центре двухпартийной политики, и директор по персоналу Американского совета по энергетическим инновациям. «Энергетики осознают необходимость иметь недорогие, доступны высокоэффективные варианты хранения для балансировки недиспетчерских технологий генерации в сети.. Как таковой, сейчас на первый план выходит много замечательных идей. В этом случае, Разработка твердотельного блока питания в сочетании с невероятно высокими температурами хранения расширяет границы возможного».

Генри подчеркивает, что дизайн системы географически не ограничен., это означает, что его можно разместить где угодно, независимо от ландшафта локации. В этом отличие от гидроэлектростанций, которые в настоящее время являются самой дешевой формой хранения энергии., для чего требуются места, где можно разместить большие водопады и плотины., для хранения энергии падающей воды.

«Это географически неограниченно, и дешевле, чем насосная гидростанция, что очень интересно,»Генри говорит. "В теории, это стержень, позволяющий использовать возобновляемые источники энергии для питания всей сети».

Источник: HTTP://news.mit.edu, Дженнифер Чу