"Jua kwenye sanduku" ingehifadhi nishati mbadala kwa gridi ya taifa: Ubunifu wa mfumo ambao hutoa nishati ya jua- au nguvu inayotokana na upepo inapohitajika inapaswa kuwa nafuu zaidi kuliko chaguzi nyingine zinazoongoza

Wahandisi wa MIT wamekuja na muundo wa dhana kwa mfumo wa kuhifadhi nishati mbadala, kama vile nishati ya jua na upepo, na kurudisha nishati hiyo kwenye gridi ya umeme inapohitajika. Huenda mfumo huu umeundwa kuwezesha mji mdogo sio tu wakati jua limechomoza au upepo uko juu, lakini karibu saa.

Muundo mpya huhifadhi joto linalotokana na umeme kupita kiasi kutoka kwa nishati ya jua au upepo kwenye matangi makubwa ya silikoni iliyoyeyushwa na moto-nyeupe., na kisha kubadilisha mwanga kutoka kwa chuma kinachowaka kuwa umeme inapohitajika. Watafiti wanakadiria kuwa mfumo kama huo ungekuwa wa bei nafuu zaidi kuliko betri za lithiamu-ion, ambazo zimependekezwa kuwa zinafaa, ingawa ni ghali, njia ya kuhifadhi nishati mbadala. Pia wanakadiria kuwa mfumo huo ungegharimu takriban nusu ya uhifadhi wa umeme wa maji unaosukumwa - njia ya bei nafuu zaidi ya uhifadhi wa nishati ya kiwango cha gridi hadi sasa..

Watafiti wa MIT wanapendekeza wazo la mfumo wa uhifadhi unaoweza kufanywa upya, pichani hapa, ambayo ingehifadhi nishati ya jua na upepo katika mfumo wa silikoni ya kioevu-moto-nyeupe, kuhifadhiwa katika mizinga yenye maboksi mengi. Picha: Duncan MacGruer

"Hata kama tungetaka kuendesha gridi ya taifa kwenye viboreshaji sasa hivi hatukuweza, kwa sababu utahitaji turbines za mafuta ili kufidia ukweli kwamba usambazaji unaoweza kutumika tena hauwezi kutumwa kwa mahitaji.,” anasema Asegun Henry, Robert N. Profesa Mshiriki wa Ukuzaji wa Kazi ya Noyce katika Idara ya Uhandisi wa Mitambo. "Tunatengeneza teknolojia mpya ambayo, ikiwa imefanikiwa, ingeweza kutatua tatizo hili muhimu na muhimu zaidi katika nishati na mabadiliko ya hali ya hewa, yaani, tatizo la uhifadhi.”

Henry na wenzake wamechapisha muundo wao leo kwenye jarida Sayansi ya Nishati na Mazingira.

Rekodi joto

Mfumo mpya wa uhifadhi unatokana na mradi ambao watafiti walitafuta njia za kuongeza ufanisi wa aina ya nishati mbadala inayojulikana kama nishati ya jua iliyokolea.. Tofauti na mimea ya kawaida ya jua inayotumia paneli za jua kubadilisha mwanga moja kwa moja kuwa umeme, nishati ya jua iliyokolea inahitaji mashamba makubwa ya vioo vikubwa ambavyo huelekeza mwanga wa jua kwenye mnara wa kati, ambapo mwanga hubadilishwa kuwa joto ambalo hatimaye hubadilishwa kuwa umeme.

"Sababu ambayo teknolojia inavutia ni, mara tu unapofanya mchakato huu wa kulenga mwanga ili kupata joto, unaweza kuhifadhi joto kwa bei nafuu zaidi kuliko unaweza kuhifadhi umeme,” Henry anabainisha.

Mimea ya jua iliyokolea huhifadhi joto la jua kwenye matangi makubwa yaliyojazwa na chumvi iliyoyeyuka, ambayo ina joto kwa joto la juu la karibu 1,000 digrii Fahrenheit. Wakati umeme unahitajika, chumvi ya moto hupigwa kwa njia ya mchanganyiko wa joto, ambayo huhamisha joto la chumvi ndani ya mvuke. Turbine kisha hugeuza mvuke huo kuwa umeme.

"Teknolojia hii imekuwepo kwa muda mrefu, lakini mawazo yamekuwa kwamba gharama zake hazitawahi kuwa chini ya kushindana na gesi asilia,” Henry anasema. "Kwa hivyo kulikuwa na msukumo wa kufanya kazi kwa joto la juu zaidi, kwa hivyo unaweza kutumia injini ya joto yenye ufanisi zaidi na kupunguza gharama.

Walakini, ikiwa waendeshaji wangepasha joto chumvi zaidi ya halijoto ya sasa, chumvi ingeharibu mizinga ya chuma cha pua ambamo imehifadhiwa. Kwa hivyo timu ya Henry ilitafuta njia nyingine zaidi ya chumvi ambayo inaweza kuhifadhi joto kwenye joto la juu zaidi. Hapo awali walipendekeza chuma kioevu na mwishowe wakatulia kwenye silicon - chuma kingi zaidi Duniani, ambayo inaweza kuhimili joto la juu sana la juu 4,000 digrii Fahrenheit.

Mwaka jana, timu ilitengeneza pampu ambayo inaweza kustahimili joto kama hilo, na inaweza kusukuma silicon kioevu kupitia mfumo wa uhifadhi unaoweza kutumika tena. Pampu ina uwezo wa juu zaidi wa kustahimili joto kwenye rekodi - kazi ambayo imebainishwa katika "Kitabu cha Rekodi za Dunia cha Guiness." Tangu maendeleo hayo, timu imekuwa ikibuni mfumo wa kuhifadhi nishati ambao unaweza kujumuisha pampu hiyo ya halijoto ya juu.

"Jua kwenye sanduku"

Sasa, watafiti wameelezea dhana yao ya mfumo mpya wa kuhifadhi nishati mbadala, ambayo wanaiita TEGS-MPV, kwa Hifadhi ya Gridi ya Nishati ya Joto-Multi-Junction Photovoltaics. Badala ya kutumia mashamba ya vioo na mnara wa kati ili kuzingatia joto, wanapendekeza kubadilisha umeme unaozalishwa na chanzo chochote kinachoweza kurejeshwa, kama vile jua au upepo, kwenye nishati ya joto, kupitia joto la joule - mchakato ambao sasa umeme hupita kupitia kipengele cha kupokanzwa.

Mfumo unaweza kuunganishwa na mifumo iliyopo ya nishati mbadala, kama vile seli za jua, kukamata umeme mwingi wakati wa mchana na kuuhifadhi kwa matumizi ya baadaye. Fikiria, Ni mnyama gani wa kwanza kufugwa, mji mdogo huko Arizona ambao hupata sehemu ya umeme wake kutoka kwa mmea wa jua.

"Sema kila mtu arudi nyumbani kutoka kazini, kuwasha viyoyozi vyao, na jua linazama, lakini bado ni moto,” Henry anasema. “Wakati huo, photovoltais hazitakuwa na pato nyingi, kwa hivyo itabidi uwe umehifadhi baadhi ya nishati kutoka mapema siku hiyo, kama jua lilipokuwa saa sita mchana. Umeme huo wa ziada unaweza kuelekezwa kwenye mfumo wa kuhifadhi ambao tumebuni hapa.

Mfumo huo utajumuisha kubwa, imefungwa kwa kiasi kikubwa, 10-tank ya upana wa mita iliyotengenezwa kutoka kwa grafiti na kujazwa na silicon kioevu, kuwekwa kwenye joto la "baridi" la karibu 3,500 digrii Fahrenheit. Benki ya zilizopo, wazi kwa vipengele vya kupokanzwa, kisha huunganisha tank hii baridi kwa sekunde, tank "moto".. Wakati umeme kutoka kwa seli za jua za jiji huingia kwenye mfumo, nishati hii inabadilishwa kuwa joto katika vipengele vya kupokanzwa. profesa wa uhandisi wa kemikali na baiolojia katika Chuo Kikuu cha Northwestern, silikoni ya kioevu hutupwa nje ya tanki baridi na huwaka zaidi inapopita kwenye ukingo wa mirija iliyo wazi kwa vipengele vya kupokanzwa., na kwenye tanki la moto, ambapo nishati ya joto sasa huhifadhiwa kwa joto la juu zaidi la takriban 4,300 F.

Wakati umeme unahitajika, lakini inaweza kuwa na faida ya kutosha kwamba helical itashinda juu ya fimbo ya muda mrefu, baada ya jua kuzama, silicon ya maji moto - moto sana hivi kwamba inang'aa nyeupe - husukumwa kupitia safu ya mirija ambayo hutoa mwanga huo.. Seli maalum za jua, inayojulikana kama multijunction photovoltais, kisha geuza mwanga huo kuwa umeme, ambayo inaweza kutolewa kwa gridi ya jiji. Silicon iliyopozwa sasa inaweza kurudishwa ndani ya tanki baridi hadi raundi inayofuata ya uhifadhi - inafanya kazi kwa ufanisi kama betri kubwa inayoweza kuchajiwa tena..

"Moja ya majina ya upendo ambayo watu wameanza kuita dhana yetu, ni ‘jua kwenye sanduku,' ambayo iliundwa na mwenzangu Shannon Yee huko Georgia Tech,” Henry anasema. "Kimsingi ni chanzo cha taa kali sana ambacho kiko kwenye sanduku ambalo hunasa joto."

Kitufe cha kuhifadhi

Henry anasema mfumo huo utahitaji mizinga nene na yenye nguvu ya kutosha kuhami kioevu kilichoyeyuka ndani.

"Vitu vinang'aa vyeupe vya moto kwa ndani, lakini kile unachogusa kwa nje kinapaswa kuwa joto la kawaida,” Henry anasema.

Amependekeza mizinga hiyo itengenezwe kwa grafiti. Lakini kuna wasiwasi kwamba silicon, kwa joto la juu kama hilo, ingeguswa na grafiti kutengeneza silicon carbudi, ambayo inaweza kuharibu tanki.

Ili kujaribu uwezekano huu, timu ilitengeneza tanki ndogo ya grafiti na kuijaza na silicon kioevu. Wakati kioevu kilihifadhiwa 3,600 F kwa takriban 60 dakika, silicon carbide iliunda, lakini badala ya kutua tanki, iliunda nyembamba, mjengo wa kinga.

"Inashikamana na grafiti na kuunda safu ya kinga, kuzuia majibu zaidi,” Henry anasema. "Kwa hivyo unaweza kuunda tanki hili kutoka kwa grafiti na haitaweza kuharibiwa na silicon."

Kikundi pia kilipata njia ya kuzunguka changamoto nyingine: Kwa kuwa mizinga ya mfumo italazimika kuwa kubwa sana, haitawezekana kuwajenga kutoka kwa kipande kimoja cha grafiti. Ikiwa badala yake zilitengenezwa kutoka kwa vipande vingi, hizi zingelazimika kufungwa kwa njia ya kuzuia kioevu kilichoyeyuka kutoka nje. Katika karatasi yao, watafiti walionyesha kuwa wanaweza kuzuia uvujaji wowote kwa kubana vipande vya grafiti pamoja na boliti za nyuzinyuzi za kaboni na kuzifunga kwa grafoili - grafiti inayoweza kunyumbulika ambayo hufanya kazi kama muhuri wa halijoto ya juu..

Watafiti wanakadiria kuwa mfumo mmoja wa kuhifadhi unaweza kuwezesha mji mdogo wa takriban 100,000 nyumba kuwezeshwa kabisa na nishati mbadala.

"Ubunifu katika hifadhi ya nishati una muda sasa hivi,” anasema Addison Stark, mkurugenzi mshiriki wa uvumbuzi wa nishati katika Kituo cha Sera cha Bipartisan, na mkurugenzi wa wafanyikazi wa Baraza la Ubunifu la Nishati la Amerika. "Wataalamu wa teknolojia ya nishati wanatambua umuhimu wa kuwa na gharama ya chini, chaguo za uhifadhi wa ubora wa juu zinazopatikana ili kusawazisha teknolojia za uzalishaji zisizoweza kusambazwa kwenye gridi ya taifa. Kama vile, kuna mawazo mengi mazuri yanakuja mbele hivi sasa. Kwa kesi hii, uundaji wa kizuizi cha nguvu cha serikali dhabiti pamoja na halijoto ya juu sana ya kuhifadhi husukuma mipaka ya kile kinachowezekana.

Henry anasisitiza kuwa muundo wa mfumo hauna kikomo kijiografia, ikimaanisha kuwa inaweza kuwekwa mahali popote, bila kujali mazingira ya eneo. Hii ni tofauti na umeme wa maji wa pumped - kwa sasa aina ya bei nafuu zaidi ya kuhifadhi nishati, ambayo inahitaji maeneo ambayo yanaweza kubeba maporomoko makubwa ya maji na mabwawa, ili kuhifadhi nishati kutoka kwa maji yanayoanguka.

"Hii haina kikomo kijiografia, na ni nafuu kuliko pumped hydro, ambayo inasisimua sana,” Henry anasema. "Kwa nadharia, huu ndio msingi wa kuwezesha nishati mbadala ili kuwasha gridi nzima."

Chanzo: http://na probiotic tunayotumia imeidhinishwa pia, na Jennifer Chu