Как да пестим електрическа енергия. Проблемът със съхранението на излишната електроенергия е решен

Забелязали ли сте, че името на станциите, където се произвежда енергия, винаги съдържа думата „електро“? Тоест, без значение какво доставяме „вход“, „изход“, ние получаваме енергия под формата на електричество.

Тъй като беше открито, че в металите може да тече електрически ток и може да възникне напрежение в телена рамка, въртяща се в магнитно поле, стана ясно, че е получен отличен метод за преобразуване, предаване и разпределение на енергия.

Наистина, как може енергията на падащата вода или топлината, отделена по време на горенето, да се пренесе на разстояние? Разбира се, можете да използвате въртенето на хидравличното колело на място, което задвижва мелницата. Можете да прехвърляте топла вода през тръби, както се прави в градовете за отопление на къщи. Но не инсталирайте многокилометров въртящ се вал! И водата ще се охлади, ако тръбите са твърде дълги.

Но електрическите генератори, които по принцип получават енергия от всичко, което е способно да създава въртене, произвеждат електрически ток, който след това пренася енергия през проводници на стотици и хиляди километри. Той захранва електрически превозни средства, лампи по градските улици и в домовете ни и всички устройства, които просто трябва да бъдат включени в мрежата. Без преувеличение можем да кажем, че днес почти целият свят зависи от електричеството, като бебе от биберон.

Какво да направите, ако енергията не се доставя до някое място през проводниците? Тогава батериите ще ни помогнат. Това наистина е спасение! Тези малки източници на електричество „седят“ в преносими радиостанции и магнетофони, калкулатори и слухови апарати - в огромен брой съвременни устройства.

В допълнение към тези миниатюрни устройства има и доста големи батерии, познати ви, разбира се, от автомобили. Те произвеждат повече от 100 милиона оловни батерии годишно. И дизеловите подводници на флотовете на всички страни са оборудвани с подобни батерии с тегло до 180 тона!

За съжаление, голямата маса, както и вредните химикали, използвани в тях, все още служат като пречка за създаването на автономни електрически превозни средства.

Това е задача, с която хиляди учени, инженери и изобретатели се борят от десетилетия. Все още не е възможно да се конструира фундаментално нова батерия, която да позволява дългосрочно движение далеч от други източници на енергия, тоест без често презареждане.

Изглежда обаче, че ситуацията със състоянието на околната среда просто ще ни принуди да направим това изобретение. В крайна сметка те създадоха батерия, състояща се изцяло от пластмаса! Работи чудесно и на жега, и на студ, може да се разрежда и зарежда до сто пъти, почти нетоксичен е. Не всичко може да се сравни с вече познатите батерии, но това е окуражаваща стъпка!

И в този час тъжна природа лежи наоколо, въздиша тежко, и дивата свобода не й е мила. Където злото е неделимо от доброто. И тя мечтае за блестящия вал на турбината, И мерения звук на интелигентния труд, И пеенето на тръбите, и блясъка на язовира, И проводниците, изпълнени с ток. Н. Заболотски Е, спокойната природа не даваше мира на човека! Нямаше търпение...

Неведнъж учените-археолози трябваше да си набиват мозъка, когато разкопаваха места на древни хора. Например намериха пръчка с обгорял край. Някои казват, че са се опитвали да наточат копие или стрела в огън, други казват, че така са получили огън. Споровете са съгласни, че човекът е започнал сам да прави огън преди около 100 хиляди години. Точно сами, защото в...

Минаха хилядолетия, но човекът все още не можеше да „впрегне“ огъня и да го накара да работи. Тогава мислите му се насочиха към движещата се вода. Кога и къде се завъртя първото водно колело? Очевидно е пуснат в Древна Индия, Близкия изток и Древен Рим. Независимо къде, такива колела отдавна са използвани от човека за...

С изобретяването на парната машина, а по-късно и на турбината, хората най-накрая успяха да накарат генерираната от горенето топлина да се върти и да задвижва различни механизми. Това бяха турбинни лопатки, колела на превозни средства и валове на генератори на ток. Проблемът е, че е невъзможно да се използва ефективно цялата енергия, отделена при изгарянето на горивото - да се превърне в полезна за нас работа. В…

Да, това е екологията, която вече диктува и скоро, очевидно, напълно ще определи изискванията за всякакви енергийни източници. Не е чудно, че хората отново и отново се обръщат към това, което самата природа отдавна и упорито предлага. В крайна сметка, ако запасите от изкопаеми горива рано или късно свършат, ако чрез изгарянето им нарушим топлинния баланс на Земята, тогава не...

Възможно ли е да се изобрети такъв източник на енергия, такъв двигател, който да работи „вечно“ и да няма никакви недостатъци? Той няма да замърсява околната среда, няма да наруши топлинния баланс на планетата и няма да произвежда нищо друго освен „чиста“ енергия. С други думи, това би било един вид идеално устройство, което би ни спасило от всички енергийни проблеми. Историята на създаването датира от стотици години...

Вие, разбира се, сте чували, че токът може да бъде постоянен или променлив. Тук на батериите и акумулаторите има икони плюс и минус. Това показва, че имате DC източник пред вас. С други думи, ако свържете електрическа крушка или устройство към него, тогава заредените частици ще се движат по веригата, образувайки електрически ток и в една посока. A…

Изследването на най-малката структура на материята доведе хората до откриването на атомната енергия. Колкото и да е тъжно, първо това изключително постижениеизползвани за направата на оръжия. Но хората са намерили начин не само незабавно, експлозивно да освободят атомната енергия, но също така са успели да я ограничат, тоест да накарат ядрените реакции да протичат по-бавно, така да се каже, под контрол. Тогава огромната енергия, скрита в най-малките...

стои под слънчеви лъчи, директно усещаме колко енергия носят със себе си. Но все още не можем да го съхраняваме, както го правят растенията. Въпреки това има много проекти, изобретения и идеи в тази област. Например полупроводникови батерии, които позволяват енергията на слънчевата радиация да се преобразува директно в електричество. Тези захранвания са инсталирани на слънчеви панели...

Археолозите са установили, че най-древното устройство за съхранение на енергия, маховикът, е направено преди пет хиляди и половина години. Това беше грънчарско колело, направено от печена глина, което се въртеше доста дълго време след завъртане, като постепенно изразходваше натрупаната енергия. Изследване, проведено в Арктика, наскоро доведе до заключението, че бялата козина на северните животни, особено на мечките, има способността да улавя до 95 процента...

Й.Н.ЕЛДИШЕВ Проблемът за съхранението на енергия е един от най-важните не само в енергетиката, но и в икономиката (както и в науката) като цяло. Все още не е напълно решен. Неспособността ни ефективно да съхраняваме и съхраняваме получената енергия има особено пагубен ефект върху развитието на такива относително „чисти“ методи за нейното производство, използващи възобновяеми енергийни източници, като водна енергия, слънчева енергия или вятърна енергия. В крайна сметка ние все още не сме в състояние да осигурим гарантирано снабдяване на потребителите с енергия от такива източници поради разбираеми ежедневни, сезонни и дори слабо предвидими промени в тяхната мощност. Ето защо всяка информация за постиженията в тази област е от голям интерес.
Проект за метан
Нов метод за съхранение на енергия, получена от възобновяеми енергийни източници (един от основните недостатъци на който е нестабилността и непредсказуемостта на производството на енергия) беше наскоро съобщено от пресслужбата на Fraunhofer Society (Joseph Fraunhofer Society е немски еквивалент Руска академияинженерни науки, основната му цел е да насърчава развитието приложни изследвания). Германски учени разработиха технология, при която излишната електроенергия, генерирана от слънчеви или вятърни електроцентрали и ненужна в момента, се превръща в метан. Така полученият газ може да се съхранява неограничено време и да се използва при необходимост чрез съществуващата газова инфраструктура.
Пилотният проект, разработен от Центъра за изследване на слънчевата енергия и водорода, който се намира в Щутгарт (Германия), в момента се изпълнява от сътрудничещи компании в Австрия и Германия. За 2012 г. е планирано пускането на индустриална станция с мощност десетки мегавати, базирана на тази технология.
Според разработчиците демонстрационната система, построена в Щутгарт, използва излишната енергия, генерирана от слънчеви панели и вятърни електроцентрали (WPP), за електролитно разлагане на водата на кислород и водород. Впоследствие полученият водород, комбинирайки се с въглеродния диоксид, доставен в системата, образува метан, който вече може да се съхранява и използва за генериране на енергия по всяко време. Според учените ефективността на такава трансформация е над 60%.
Не е тайна, че „класическите“ методи за съхранение на електроенергия в кондензатори и батерии изискват създаването на специална (допълнителна и доста скъпа) инфраструктура. За разлика от тези методи за съхранение на енергия под формата на метан в Германия, както и в много други страни, вече съществува цялата необходима инфраструктура - това е разпределена система от съоръжения за съхранение на газ с голям капацитет. Затова авторите на тази технология смятат, че тя може да има добри перспективи, тъй като такава трансформация с прилична ефективност е „определено по-добра от пълна загуба на електроенергия, която не може да се използва тук и сега“. Но към днешна дата не са предложени много реални алтернативи на „конверсията на газ“ като метод за съхранение на енергия.
"Ахилесовата пета" на хидравличните акумулатори
помпено-акумулираща електроцентрала външен видмогат да варират значително: много станции за съхранение е почти невъзможно да се разграничат от конвенционална водноелектрическа централа, разположена на река със значителен наклон, но има и такива, които имат много необичаен резервоар за съхранение, като например станцията Taum Sauk в Мисури (САЩ ), привличайки вниманието на много туристи. Но във всеки случай този метод за съхранение и преразпределение на енергията има сериозен недостатък - необходимостта от отчуждаване на големи площи за горните и долните басейни, както и мащабни (и скъпи) строителни работи.
Водна алтернатива
Едно от най-старите устройства за съхранение на енергия е помпено-акумулиращата електроцентрала (PSPP). Това е името на тип водноелектрическа централа, специално проектирана да изравнява ежедневната хетерогенност на електрическия товар. PSPP използва комплекс от електрически генератори и електрически помпи или специални обратими водноелектрически агрегати, които могат да работят както като генератори, така и като помпи. По време на минималната консумация на енергия помпено-акумулиращата електроцентрала получава евтина електроенергия от електрическата мрежа и я използва за изпомпване на вода към горния басейн, т.е. действа като помпа. А по време на сутрешния и вечерния пик на потреблението на енергия, помпено-акумулиращата електроцентрала изхвърля вода от горното към долното течение, генерирайки скъпо „пиково“ електричество, което изпраща към електрическата мрежа, т.е. действа като електрически генератор.
Тъй като и в двата режима ефективността на такава централа е под 100%, става ясно, че в крайна сметка помпено-акумулиращата централа консумира повече електроенергия, отколкото произвежда, т.е. формално тя се оказва нерентабилна. Не трябва обаче да забравяме, че помпено-акумулиращите централи консумират „евтина“ енергия и доставят „скъпа“ енергия в мрежата, така че икономическият резултат не съвпада с енергийния баланс и не се определя от прости аритметични операции. Факт е, че в големите енергийни системи значителен дял заема мощността на ТЕЦ и АЕЦ, които не могат бързо да намалят производството на електроенергия при спад на потреблението на енергия или да го направят с големи загуби. Ето защо търговската себестойност на електроенергията в периода на най-високо („пиково”) потребление в енергийната система е много по-висока, отколкото в периода на минималното й потребление, а използването на помпено-акумулиращи централи се оказва рентабилно. , повишавайки както равномерността на натоварването на останалите мощности на енергийната система, така и надеждността на енергоснабдяването като цяло.
Помпено-акумулиращата електроцентрала изглежда като проста и надеждна система за съхранение на енергия, която има много предимства и само една, но много съществена слабост: не може да бъде изградена навсякъде и заема много място.
Енергията може да се съхранява... в хладилника
Съвсем наскоро беше предложено да се съхранява „вятърна енергия“ (електричество, получено от вятърни турбини) чрез промяна на температурата в огромни хладилни складове, което не изисква почти никакви капиталови разходи. Група изследователи от университети в България, Дания, Испания и Холандия разработиха проекта Night Wind, насочен към създаване на общоевропейска система за съхранение на вятърна енергия, базирана на използването на елементи от съществуваща инфраструктура.
Идеята е проста: през нощта, когато потреблението на електричество спада, но вятърните турбини продължават да работят, електричеството, което генерират, се предлага да се използва за понижаване на температурата в съществуващите хладилници на големи хранителни складове. Изчисленията показват, че е достатъчно температурата да се понижи само с 1 °C спрямо обичайната норма. С други думи, енергията ще бъде „съхранена“ в резултат на охлаждането на много хиляди тонове различни продукти, които ще бъдат съхранявани както обикновено някъде в Дания, Холандия или Франция. През деня, когато консумацията на електроенергия се увеличава многократно, всички тези гигантски хладилници могат просто да бъдат изключени от мрежата, докато температурата в тях постепенно се повиши със същия 1 °C, т.е. се върне към обичайната си стойност.
И въпреки че, както е известно, самите хладилници, дори и най-гигантските, разбира се, не произвеждат електричество, подобни температурни колебания са само един градус с период от денонощие, ако се прилагат за всички големи хладилни складове в Европа, според оценките на авторите на проекта, ще бъде еквивалентна на появата на супербатерия с капацитет от 50 GWh в общата енергийна мрежа!
Авторите на проекта демонстрираха ефективността на идеята още през 2007 г., като инсталираха вятърна турбина до един от най-големите хладилни складове в Берген (Холандия) и създадоха електронна система за управление на хладилника според описания по-горе принцип. Така че сега съдбата на проекта е в ръцете на енергийните икономисти, които трябва да решат доколко е препоръчително да се разчита на този конкретен метод за съхранение на енергия.
Маховици
Много експерти все още смятат маховиците за много обещаващо устройство за съхранение на енергия. Дискусиите за тях се водят от десетилетия. Но само в напоследъкРазработени са наистина работещи проекти, които демонстрират на практика възможностите на такива задвижвания.
Още през 1964 г. професор Н.В. Гулия (напоследък ръководител на катедрата в Московския държавен индустриален университет) предложи нов тип маховик, който трябваше да служи като устройство за съхранение на енергия. Това не беше твърд диск, а ядро ​​със стотици и дори хиляди слоеве тънка стоманена (по-късно пластмасова) лента, навита около него, затворена в корпус, вътре в който беше създаден вакуум за намаляване на загубите от триене. Както се оказа, такива супермаховици могат да „поемат“ доста енергия на единица маса, тъй като енергията, която съхраняват, се определя основно от максималната скорост на въртене (тъй като е пропорционална на нейния квадрат и зависи линейно от масата), която на свой ред беше ограничено от здравината на избрания материал.
Съвременните супермаховици с намотка от въглеродни влакна имат специфично енергийно съдържание до 130 Wh/kg. Това е малко по-ниско от производителността на най-добрите литиево-йонни батерии, но задвижванията с маховик също имат своите предимства: те са много по-евтини, по-издръжливи и по-безопасни (не само за здравето на обслужващия персонал, но и, също толкова важно, за околната среда).
Самият изобретател експериментира много със супермаховици преди 40 години, защото ги смяташе за обещаващи устройства за съхранение на енергия за транспорт и дори построи няколко проби от такива Превозно средство. Той също така мислеше за използването им в енергийния сектор като алтернатива на батериите, но доскоро идеята за използване на маховици за съхраняване на енергия не в лаборатории, а в индустриален мащаб и в съществуващи енергийни мрежи изглеждаше екзотична и дори утопична за специалистите . Едва през последните години някои компании на Запад започнаха сериозни изследвания в тази област.
Така специалисти от американската компания Beacon Power са разработили набор от стационарни супермаховици, предназначени за свързване към промишлени електрически мрежи. Те са направени от огромен брой слоеве от ултраздрави композитни материали на базата на въглеродни влакна, така че да могат да издържат на огромни натоварвания, което позволява скоростта им на въртене да се увеличи до стандартните 22,5 хиляди оборота в минута в среда с висок вакуум. Маховиците на магнитни окачвания се въртят в цилиндрични контейнери с височина около 1 м (новите модели ще бъдат по-високи от човек), вътре в които се създава вакуум. Теглото на такава конструкция може да достигне 1 тон.
На стоманения вал на маховика (на същото място - вътре в запечатан стоманен цилиндричен корпус) има ротор на реверсивна електрическа машина - двигател-генератор с постоянен магнит, който върти маховика, съхранявайки енергия, или го освобождава, генерирайки електрически ток, когато е свързан товар.
Очакваният експлоатационен живот на такъв дизайн е 20 години, температурният диапазон на работа е от -40 до +50 ° C, той може да издържи на земетресения с магнитуд до 7,6 по скалата на Рихтер, с други думи, има характеристики, които вече са напълно нереалистични за съществуващите химически батерии.
Въздухът ще спести енергия
Американската компания Magnum Energy NS ще използва подземни пещери на дълбочина около 1,5 км за съхранение на втечнен въздух, използван за производство на електричество. Планирано е да се създадат складови съоръжения близо до град Делта в Юта, където има огромни подземни запаси от сол, които се надяват да се измият с помощта на специално оборудване. На първия етап се предвижда да се организират складови помещения за природен газ, добиван наблизо - в Скалистите планини. След като усъвършенства технологията, компанията възнамерява да започне да създава хранилища... за въздух.
Според авторите на този проект, компресията на въздуха може да се счита за един от най-евтините начини за съхраняване на енергия. Например, в ясен ден слънчева електроцентрала ще произведе излишно електричество. Ще бъде изпратен за компресиране и впръскване на въздух. Когато има нужда от електричество, въздухът ще бъде принуден да върти турбини. По този начин авторите се надяват да преодолеят основната трудност при широкото навлизане на възобновяемите енергийни източници – нестабилността на производството на електроенергия от тях и съответно проблема със съхранението и преобразуването на енергията от тях.
Засега обаче количеството така съхранявана енергия е малко – до 25 kW/h с максимална мощност до 200 kW. Според оценките на разработчиците загубата на енергия, съхранявана и изтеглена от такива устройства за съхранение, не надвишава 2%, което е много по-добро от това на системите за съхранение на енергия, базирани на други принципи (споменатите помпено-акумулиращи електроцентрали, химически батерии и др. ). В същото време е ясно, че периодът на съхранение на енергия в маховиците, за разлика от тези системи, е кратък - засега можем да говорим само за използването им като буфер, компенсиращ резките пикове и спадове в консумацията на електроенергия през деня.
Набори от много такива устройства, свързани паралелно, биха могли да натрупат доста забележими запаси от енергия; в този случай основното предимство би било, че това ще се случи много бързо (също толкова бързо ще може да се „изиска“ натрупаното). Но това е много важно. Факт е, че нито един от съществуващите промишлени производствени мощности (например в топлоелектрически централи) не може бързо да реагира на промените в натоварването и като цяло всякакви промени в режимите им на работа са изключително нерентабилни.
Именно в такива ситуации, свързани с внезапни скокове в натоварването на мрежата, задвижванията под формата на маховици могат да се превърнат в напълно разумно решение. Според разработчиците времето за реакция на такива системи е просто фантастично - около 5 ms.
Инсталациите с подобни устройства за съхранение вече са демонстрирали своята ефективност в тестове в редица селищаСъединените щати, чиито жители все още не са забравили кошмара на своите градове без електричество поради верижни прекъсвания на електрозахранването и са готови да направят много, за да намалят вероятността подобни събития да се случат отново.
Изглежда обаче, че руската енергийна система, която поради редица характеристики е значително по-устойчива на колебания в натоварването от енергийната мрежа на САЩ, може да се възползва от такива устройства за съхранение.
Изобретение... остриета
Интересен начинПрофесорът от университета в Нотингам (Обединеното кралство) Шеймъс Гарви намери начин да изглади неравномерността на производството на електроенергия от вятърни турбини, като заключи, че вятърните турбини, разположени в открито море, изобщо не трябва да бъдат оборудвани с електрически генератори, тъй като такива мощни устройства, генерират ток дори при най-ниските скорости на въртене на вала се оказват много тежки и съответно много скъпи. Вместо това той предлага остриетата на вятърната мелница да бъдат... кухи. Във всеки от тях трябва да се движи свободно тежко бутало. Когато острието се спуска, буталото се движи към края си, а когато се издига, буталото, напротив, се плъзга към оста, компресирайки въздуха, влизащ през отворите в корпуса. Сгъстен въздух се изпомпва в специални торби от тънка и издръжлива синтетична материя, плаващи на дълбочина 500 м!
Тези съоръжения за съхранение, предпазени от спукване от натиска на надлежащите водни слоеве, служат като вид буфери, които гарантират равномерно генериране на електроенергия дори при непредсказуеми условия на вятъра. От подводни цилиндри въздухът се подава през тръби към допълнителни компактни турбинни генератори. Смята се, че резервът му трябва да е достатъчен, за да поддържа въртенето им в продължение на няколко дни, дори и при пълно спокойствие.
Тази „Интегрирана възобновяема енергийна система със сгъстен въздух“ (ICARES) е впечатляваща със своя мащаб: Харви изчислява, че турбината ще трябва да се движи бавно и да бъде много голяма, за да предпази буталата от висене в краищата на лопатките поради центробежни сили. 200 m в диаметър (в идеалния случай 500 m). Що се отнася до подводните съоръжения за съхранение на енергия, авторът ги вижда като гигантски клъстери от огромни въздушни „възглавници“ (20 м в диаметър).
Работата по проекта продължава от 2006 г., а сега университетът създаде компанията Nimrod Energy, чиято основна задача ще бъде комерсиализацията на тази технология. Очаква се системите ICARES да се появят на пазара до една година. Но отначало те ще се използват за съхраняване на енергия, генерирана от други видове електроцентрали. А гигантските офшорни турбини от Nimrod, според прогнозите на разработчиците, може да се появят след 10-15 години.
Необичайна батерия и някои други методи
Днес доста висока активност на Запад е свързана и с проекти за съхранение на електроенергия, генерирана по-специално от вятърни турбини, които са много популярни тук, под формата на водород, получен с негова помощ. Освен това в такива проекти се предлага водородът да се използва не като гориво, а като временен енергиен носител. Въпреки това, според експерти, такива схеми, които могат да бъдат много ефективни от енергийна гледна точка и доста приемливи от гледна точка на околната среда, уви, все още остават твърде скъпи.
Продължават изследванията върху различни технологии за изпомпване на сгъстен въздух в подземни или подводни съоръжения за съхранение.
Но, както вече беше отбелязано, всеки от споменатите методи за съхранение на енергия има своите предимства и недостатъци, всеки от тях е добър по свой начин, но никой не може да се счита за идеален. В тази връзка напоследък дори имаше призиви за връщане към химическите батерии, които изглеждаха подробно проучвани от дълго време. Обаче не съвсем обикновен - разтопен.
Всъщност така наречените горещи батерии също са изобретени преди много години. Има много разновидности от тях, които имат завидни специфични характеристики. Но не е лесно да се осигури необходимата работна температура за тях, стотици градуси по Целзий, така че това условие налага сериозни ограничения върху възможните области на тяхното приложение, както и върху възможния им живот (всички предишни предложения за използване на такива батерии на големи мащаби се оказаха неконкурентоспособни поради изключително краткия срок на валидност). В японската префектура Аомори, например, от няколко години работи комплекс от 17 големи блока сярно-натриеви горещи батерии с капацитет 34 MW, които са свързани към мрежата чрез AC/DC преобразуватели. Този комплекс е част от новия вятърен парк Futamata, като значително изглажда неравномерността на производството на електроенергия от вятърни турбини (позволявайки му да задоволи дневния пик на потребление и натрупване на енергия през нощта).
Но новата батерия, чийто прототип е създаден от американски учени, според техните оценки ще бъде три пъти по-евтина от най-добрите съвременни батерии, много по-издръжлива и най-важното - много по-мощна. Професор Доналд Садоуей и колегите му от Масачузетския технологичен институт измислиха оригинално устройство за акумулиране на електрическа енергия, което според тях в близко бъдеще ще направи възможно използването на енергия, получена от слънчеви панели (или вятърна енергия в тихо време) през нощта. Такава батерия, с размерите на контейнер за боклук, познат на американците в индивидуален дом (обемът й е около 150 литра), според Sadoway, може да се превърне в неразделен атрибут на „зелен“ дом, осигурявайки всичките му енергийни нужди дори при пик на потребление и ще се презарежда, идва от „прекъснати“ вятърни турбини и слънчеви панели. Е, големи комплекти от такива батерии, според разработчиците, биха били доста способни да доставят електричество на цели населени места - станция за съхранение с капацитет от 13 GW (достатъчно за захранване на голям град) ще заема само 6 хектара.
Как се постига тази плътност на мощността? Факт е, че, както уверяват разработчиците, тези батерии са способни да доставят и получават 10 пъти повече ток от всички известни видове химически батерии.
Осъзнавайки, че твърде много ток може лесно да повреди устройството, като просто разтопи цялата структура, Sadoway предложи разтопеното състояние да бъде норма за всички части на батерията. В предишните горещи батерии, в допълнение към корпусите и контактите, имаше още един важен твърд (неразтопен) елемент - твърд електролит (специална проводяща керамика), но в новата батерия изобщо няма твърди части вътре, с изключение на външния корпус, всичко е течно - и електролита и електродите. Всички елементи са нови необичайна системане се смесват помежду си поради различни плътности, така както маслото и водата не се смесват в покойния съд. И тъй като новата батерия е проектирана да се превърне в стационарно устройство за съхранение на енергия, изглежда няма причина течностите да се смесват.
Разработената батерия прилича на огнеупорно „стъкло“ (тялото служи като първи външен контакт), покрито с капак (втори външен контакт). Между тях има диелектрик, а наоколо има топлоизолираща обвивка. Авторите поставят антимон на дъното на контейнера (това е първият вътрешен електрод), последван от натриев сулфид (електролит) и магнезий отгоре (вторият вътрешен електрод). Всички компоненти са в разтопена форма.
При зареждане електролитният слой в такава батерия става по-тънък, а разтопените електроди стават по-дебели. По време на разряд всичко се случва в обратен ред: материалът на електродите (йоните) частично се трансформира в електролит, така че централния течен слой нараства, а страничните електроди се свиват.
Такава система, която използва доста необичаен принцип на работа и дизайн за химически батерии, както се оказа, е в състояние да издържи огромен брой цикли на зареждане и разреждане, многократно по-голям от всичко, което предишните батерии биха могли да демонстрират, и в допълнение, може да изпраща и получава гигантски токове без никаква повреда (просто няма нищо в системата, което да се провали). И накрая, всички компоненти на такава батерия се оказаха изненадващо евтини, така че такива системи могат да бъдат инсталирани навсякъде.
Авторите изградиха прототипразтопена батерия. Специфичният му капацитет все още не е особено впечатляващ. Но това не е толкова критично - за стационарно устройство за съхранение на енергия масата на системата не е много важна. Освен това учените смятат, че всички характеристики на новата батерия могат да бъдат сериозно подобрени, като се запази принципът на работа, но се избират други компоненти.
Разработчиците обещават да доведат създадения прототип до комерсиална версия след пет години. И това е доста бързо, като се има предвид, че горещите батерии от предишните типове, въпреки че са изобретени много отдавна, все още се считат за екзотични, въпреки всички опити за подобряването им.
По материали от sciencedaily.com, physorg.com, membrane.ru и други източници

1. Изключете светлините, когато се движите от стая в стая. Инсталирайте термични сензори за движение, които ще изключат осветлението вместо вас.
2. Използвайте местно осветление: фоново осветление, подови лампи, аплици. Например, за да не включвате основните източници на светлина всеки път, по-добре е да инсталирате LED осветление в стаята.
3. Не забравяйте, че чистотата е ключът към спестяването. Мръсните прозорци и прашните абажури намаляват нивото на осветеност в помещението с до 35%.
4. Когато правите ремонт, имайте предвид, че светлите стени ще отразяват до 80% от светлинния поток, а тъмните - само около 12%.
5. Сменете крушките с нажежаема жичка с енергоспестяващи и LED. Смяната на само една лампа ще спести около 1000 рубли годишно.

Да вземем например Москва. 1 kWh в капиталовите разходи Тарифи за електроенергия за населението и еквивалентни категории потребители на територията на Москва, с изключение на административните райони Троицки и Новомосковски 5,38 рубли. Нека си представим, че в три апартамента три електрически крушки светят осем часа на ден: LED, енергоспестяващи и с нажежаема жичка. За по-обективна картина ще изберем лампи с такава мощност, че да осигурят приблизително същото ниво на осветеност. И това е, което получаваме.

Тип лампа	LED	Пестене на енергия	Нажежаема жичка
Консумирана мощност, kW	0,013	0,025	0,1
Живот на лампата, часове	50 000	8 000	1 000
Цена на лампата, разтривайте.	248	200	11
Цена на час работа Цената на час работа = тарифа × мощност + цена на лампата ⁄ ресурс, търкайте.	0,0749	0,1595	0,549
Почасови спестявания Спестявания на час = разходи за експлоатация на лампа с нажежаема жичка − разходи за работа на сравнима лампа, търкайте.	0,4741	0,3895	-
Период на изплащане Период на изплащане в часове = (цена на лампа − цена на лампа с нажежаема жичка) ⁄ часови спестявания, гледам	499,89	485,24	-
Период на изплащане Период на изплащане в дни = период на изплащане в часове ⁄ 8, дни	62,49	60,65	-
Годишни спестявания Годишни спестявания = (8 × 365 − период на изплащане в часове) × спестявания на час, търкайте.	1147,37	948,34	-

Оказва се, че след два месеца една енергоспестяваща лампа ще ви позволи да спестите 40 копейки на час, а 10 електрически крушки ще спестят 4 рубли.

Използвайте правилно електрическите уреди

1. Ако няма опция за две тарифи, изключете всички несъществени електрически уреди през нощта и устройство за зареждане- след пълно зареждане на оборудването.
2. Хладилникът трябва да се размразява редовно, ако няма специална No Frost система. Уверете се, че устройството е разположено възможно най-далеч от нагревателните уреди и че е осигурена естествена вентилация на задната стена. Поставете в него само охладени съдове!
3. Следете работата на горелките на електрическите печки и поставяйте върху тях само подходящи по размер съдове с плоско дъно.
4. Покрийте тенджерите и тиганите с капаци: те намаляват загубата на топлина почти три пъти.
5. Опитайте се да не претоварвате пералнята (претоварването увеличава консумацията на електроенергия с до 10%) и използвайте средна настройка на температурата. Прането на 30 градуса изразходва 35% по-малко енергия от прането на 40 градуса.
6. Използвайте електрическа кана вместо електрическа печка за загряване на вода. Това ще бъде много по-икономично. Сварете само количеството течност, което е необходимо в момента.
7. Почиствайте вентилаторите и филтрите на вашия климатик редовно.
8. Неща, които изискват ниско температурен режим, след като изключите ютията.
9. Не оставяйте оборудване, включително микровълнови печки, телевизори, компютри, скенери, принтери, модеми, в режим на готовност. Това ще спести повече от 200 kW годишно.
10. Използвайте електрически контакти с таймер.

Купувайте енергоспестяващи домакински уреди

1. Всички електрически уреди са обозначени с латински букви от A+++ до G. Изберете оборудване с нисък класконсумация на енергия, маркирани с A и B.
2. Купувайте уреди, които използват най-новите енергоспестяващи технологии. Например, индукционните котлони стават все по-популярни, като загряват само дъното на съда и не губят енергия. Ефективността на такива печки достига 95%!

Инсталирайте двутарифен брояч

1. Двутарифен брояч ви позволява да спестявате през нощта. Такива измервателни уреди са от полза за тези, които могат да използват енергоемки уреди: съдомиялна и пералня, хлебопекарна - от 23.00 до 7.00ч. Средно измервателният уред се изплаща за една година.

Не си хаби топлината

1. Вместо да използвате традиционен нагревател, използвайте климатик, настроен на режим на отопление. Ако производителят го позволява, разбира се. Много климатици не могат да се използват при минусови температури.
2. Инфрачервеният нагревател е с 30–80% по-икономичен от останалите.
3. Ако в дома ви има електрически радиатори, опитайте се да ги поддържате чисти, така че прахът да не поема част от топлината и да не се налага да повишавате температурата.
4. Когато използвате бойлер, намалете температурата на нагряване на водата.
5. Сменете акумулиращия бойлер с проточен. По този начин няма да хабите електроенергия, поддържайки постоянно определена температура на водата.
6. Загрявайте вода само когато е необходимо. Изключвайте бойлера от контакта, когато излизате от дома и през нощта.
7. Веднъж на всеки три месеца почиствайте бойлера от, което увеличава консумацията на енергия с 15–20%.
   • Изключете устройството от мрежата и изключете подаването на вода.
   • Изцедете напълно.
   • Свалете капака на котела, внимателно разкачете кабелите и развийте термостата.
   • Развийте гайките, държащи фланеца. Натиснете фланеца нагоре, завъртете го и го издърпайте.
   • Сега можете да почистите нагревателния елемент с телена четка. Разтвор на оцетна киселина и гореща вода (1: 5) също ще помогне да се отървете от плаката. Просто поставете нагревателния елемент в него за 30 минути и се уверете, че уплътнителната гума не влиза в контакт с киселината.

Екология на потреблението Наука и технологии: Един от основните проблеми на алтернативната енергия е неравномерността на доставките й от възобновяеми източници. Нека да разгледаме как могат да се съхраняват видове енергия (въпреки че за практическа употреба тогава ще трябва да превърнем натрупаната енергия или в електричество, или в топлина).

Един от основните проблеми на алтернативната енергия е неравномерността на доставките й от възобновяеми източници. Слънцето грее само през деня и при безоблачно време вятърът или духа, или утихва. И нуждата от електричество не е постоянна, например, през деня се изисква по-малко за осветление, а вечер - повече. И хората харесват, когато градовете и селата са наводнени с илюминации през нощта. Е, или поне улиците просто са осветени. Така възниква задачата - да се спести получената енергия за известно време, за да се използва, когато нуждата от нея е максимална, а доставката е недостатъчна.

Има 6 основни вида енергия: гравитационна, механична, топлинна, химична, електромагнитна и ядрена. Досега човечеството се е научило да създава изкуствени батерии за първите пет вида енергия (е, с изключение на факта, че съществуващите запаси от ядрено гориво са с изкуствен произход). Така че нека да разгледаме как всеки от тези видове енергия може да се натрупва и съхранява (въпреки че за практическа употреба ще трябва да преобразуваме натрупаната енергия или в електричество, или в топлина).

Устройства за съхранение на гравитационна енергия

В акумулаторите от този тип, на етапа на натрупване на енергия, товарът се издига нагоре, натрупвайки потенциална енергия и в точния момент пада обратно, връщайки тази енергия в полза. Използването на твърди вещества или течности като товар носи свои собствени характеристики в дизайна на всеки тип. Междинна позиция между тях се заема от използването на насипни вещества (пясък, оловен изстрел, малки стоманени топчета и др.).

Гравитационни твърдотелни устройства за съхранение на енергия

Същността на гравитационните механични устройства за съхранение е, че определен товар се повдига на височина и се освобождава в точното време, което кара оста на генератора да се върти по пътя. Пример за прилагането на този метод за съхранение на енергия е устройството, предложено от калифорнийската компания Advanced Rail Energy Storage (ARES). Идеята е проста: във време, когато слънчевите панели и вятърните турбини произвеждат много енергия, специални тежки коли се движат нагоре по планината с помощта на електрически двигатели. През нощта и вечерта, когато източниците на енергия са недостатъчни за захранване на потребителите, колите спират, а двигателите, работещи като генератори, връщат натрупаната енергия обратно в мрежата.

Почти всички механични задвижвания от този клас имат много проста конструкция и следователно висока надеждност и дълъг експлоатационен живот. Времето за съхранение на веднъж съхранена енергия е практически неограничено, освен ако товарът и структурните елементи не се разпаднат с времето поради стареене или корозия.

Енергията, съхранявана при повдигане на твърди частици, може да бъде освободена за много кратко време. Единственото ограничение на мощността, получена от такива устройства, е ускорението на гравитацията, което определя максималната скорост на увеличаване на скоростта на падащия товар.

За съжаление, специфичната енергийна интензивност на такива устройства е ниска и се определя от класическата формула E = m · g · h. По този начин, за да съхраните енергия за загряване на 1 литър вода от 20°C до 100°C, трябва да вдигнете един тон товар на височина най-малко 35 метра (или 10 тона на 3,5 метра). Следователно, когато възникне необходимост от съхраняване на повече енергия, това веднага води до необходимостта от създаване на обемисти и като неизбежна последица скъпи конструкции.

Недостатъкът на такива системи също е, че пътят, по който се движи товарът, трябва да бъде свободен и сравнително прав, а също така е необходимо да се изключи възможността неща, хора и животни случайно да влязат в тази зона.

Гравитационно съхранение на течности

За разлика от твърдите товари, когато се използват течности, няма нужда да се създават прави шахти с голямо напречно сечение за цялата височина на повдигане - течността също се движи добре през извити тръби, чието напречно сечение трябва да е достатъчно само за максимален проектен поток да мине през тях. Следователно горният и долният резервоар не е задължително да са разположени един под друг, но могат да бъдат разположени на достатъчно голямо разстояние.

Към този клас спадат помпено-акумулиращите електроцентрали (ПАВЕЦ).

Има и по-малки хидравлични гравитационни устройства за съхранение на енергия. Първо изпомпваме 10 тона вода от подземен резервоар (кладенец) в контейнер на кулата. Тогава водата от резервоара се връща обратно в резервоара под въздействието на гравитацията, завъртайки турбина с електрически генератор. Срокът на експлоатация на такова устройство може да бъде 20 години или повече. Предимства: при използване на вятърен двигател, последният може директно да задвижва водната помпа; водата от резервоара на кулата може да се използва за други нужди.

За съжаление, хидравличните системи са по-трудни за правилна поддръжка. техническо състояниеотколкото твърдотелни - на първо място, това се отнася до херметичността на резервоарите и тръбопроводите и изправността на спирателното и помпено оборудване. И още едно важно условие - в моментите на натрупване и използване на енергия работната течност (поне има достатъчно повечето от) трябва да бъде в течно агрегатно състояние, а не под формата на лед или пара. Но понякога в такива резервоари за съхранение е възможно да се получи допълнителна безплатна енергия, да речем, при попълване на горния резервоар със стопена или дъждовна вода.

Механични устройства за съхранение на енергия

Механичната енергия се проявява при взаимодействието и движението на отделни тела или техни частици. Тя включва кинетичната енергия на движение или въртене на тялото, енергията на деформация при огъване, разтягане, усукване, компресия на еластични тела (пружини).

Жироскопични устройства за съхранение на енергия

В жироскопичните устройства за съхранение енергията се съхранява под формата на кинетична енергия от бързо въртящ се маховик. Специфичната енергия, съхранена на килограм тегло на маховика, е значително по-голяма от това, което може да се съхрани в килограм статично натоварване, дори когато е повишено до по-голяма височина, а най-новите високотехнологични разработки обещават плътност на натрупаната енергия, сравнима с запаса от химическа енергия на единица маса на най-много ефективни видовехимическо гориво.

Друго огромно предимство на маховика е способността за бързо освобождаване или получаване на много висока мощност, ограничена само от здравината на материалите в случай на механична трансмисия или „производителността“ на електрически, пневматични или хидравлични трансмисии.

За съжаление, маховиците са чувствителни към удари и въртене в равнини, различни от равнината на въртене, тъй като това създава огромни жироскопични натоварвания, които са склонни да огъват оста. В допълнение, времето за съхранение на енергията, акумулирана от маховика, е относително кратко и за традиционните конструкции обикновено варира от няколко секунди до няколко часа. Освен това загубите на енергия поради триене стават твърде забележими... Въпреки това, модерни технологииви позволяват драстично да увеличите времето за съхранение - до няколко месеца.

И накрая, още един неприятен момент - енергията, съхранявана от маховика, зависи пряко от неговата скорост на въртене, следователно, когато енергията се натрупва или освобождава, скоростта на въртене се променя през цялото време. В същото време натоварването много често изисква стабилна скорост на въртене, която не надвишава няколко хиляди оборота в минута. Поради тази причина чисто механичните системи за пренос на мощност към и от маховика може да са твърде сложни за производство. Понякога електромеханична трансмисия, използваща мотор-генератор, поставен на същия вал с маховика или свързан към него чрез твърда скоростна кутия, може да опрости ситуацията. Но тогава загубите на енергия поради нагряване на проводници и намотки са неизбежни, което може да бъде много по-високо от загубите поради триене и приплъзване в добрите вариатори.

Особено обещаващи са така наречените супермаховици, състоящи се от навивки от стоманена лента, тел или високоякостни синтетични влакна. Намотката може да бъде плътна или да има специално оставено празно пространство. В последния случай, докато маховикът се развива, намотките на лентата се движат от центъра към периферията на въртене, променяйки инерционния момент на маховика и ако лентата е натоварена с пружина, тогава съхранява част от енергията в енергията на еластичната деформация на пружината. В резултат на това в такива маховици скоростта на въртене не е толкова пряко свързана с натрупаната енергия и е много по-стабилна, отколкото в най-простите твърди конструкции, а тяхната енергийна интензивност е значително по-голяма.

В допълнение към по-голямата енергийна интензивност, те са по-безопасни в случай на различни аварии, тъй като, за разлика от фрагменти от голям монолитен маховик, които по своята енергия и разрушителна сила са сравними с гюлета, пружинните фрагменти имат много по-малко „увреждаща сила“ и обикновено доста ефективно забавя спукан маховик след като поради триене по стените на корпуса. По същата причина съвременните твърди маховици, предназначени да работят в условия, близки до границата на якостта на материала, често се правят не монолитни, а изтъкани от кабели или влакна, импрегнирани със свързващо вещество.

Модерните конструкции с вакуумна ротационна камера и магнитно окачване на супермаховик, изработени от кевларови влакна, осигуряват плътност на съхранената енергия над 5 MJ/kg и могат да съхраняват кинетична енергия за седмици и месеци. Според оптимистичните оценки, използването на ултраздраво "суперкарбоново" влакно за навиване ще позволи многократно увеличаване на скоростта на въртене и специфичната плътност на съхранената енергия - до 2-3 GJ/kg (те обещават, че едно завъртане на такова маховик с тегло 100-150 кг ще бъде достатъчен за пробег от милион километра или повече, т.е. за почти целия живот на автомобила!). Но цената на това влакно все още е в пъти по-висока от цената на златото, така че дори арабските шейхове не могат да си позволят такива машини... Повече за задвижванията с маховик можете да прочетете в книгата на Нурбей Гулия.

Жирорезонансни устройства за съхранение на енергия

Тези задвижвания са същият маховик, но изработен от еластичен материал (например гума). В резултат на това той придобива принципно нови свойства. С увеличаване на скоростта върху такъв маховик започват да се образуват „израстъци“ - „венчелистчета“ - първо се превръща в елипса, след това в „цвете“ с три, четири или повече „венчелистчета“... Освен това след образуването на „венчелистчетата“, скоростта на въртене на маховика вече практически не се променя и енергията се съхранява в резонансната вълна на еластична деформация на материала на маховика, който образува тези „венчелистчета“.

В края на 70-те и началото на 80-те години на миналия век в Донецк Н. З. Гармаш се занимава с такива конструкции. Резултатите, които получава, са впечатляващи – според неговите оценки при скорост на работа на маховика от едва 7-8 хил. оборота в минута, съхранената енергия е достатъчна, за да може автомобилът да измине 1500 км срещу 30 км с конвенционален маховик със същия размер. За съжаление, по-скорошна информация за този тип устройство не е известна.

Механично съхранение с помощта на еластични сили

Този клас устройства имат много голям специфичен капацитет за съхранение на енергия. Ако е необходимо да се поддържат малки размери (няколко сантиметра), неговата енергийна интензивност е най-висока сред механичните задвижвания. Ако изискванията за характеристиките на теглото и размера не са толкова строги, тогава големите ултрависокоскоростни маховици го надминават по енергоемкост, но те са много по-чувствителни към външни фактори и имат много по-кратко време за съхранение на енергия.

Пружинен механичен склад

Компресирането и изправянето на пружината може да осигури много голям поток и доставка на енергия за единица време - може би най-голямата механична мощност сред всички видове устройства за съхранение на енергия. Както при маховиците, тя е ограничена само от границата на якост на материалите, но пружините обикновено изпълняват директно работното транслационно движение, а при маховиците не може да се мине без доста сложна трансмисия (не е случайно, че пневматичните оръжия използват или механични пружини, или газови патрони, които по своята същност са по същество предварително заредени въздушни пружини; до огнестрелни оръжияза битка на дълги разстояния са използвани и пружинни оръжия - лъкове и арбалети, много преди това нова еранапълно замествайки прашката с нейното кинетично натрупване на енергия в професионални войски).

Периодът на съхранение на натрупаната енергия в компресирана пружина може да бъде много години. Трябва обаче да се има предвид, че под въздействието на постоянна деформация всеки материал натрупва умора с течение на времето и кристалната решетка на метала на пружината постепенно се променя и колкото по-големи са вътрешните напрежения и колкото по-висока е температурата на околната среда, по-рано и в по-голяма степен това ще се случи. Следователно, след няколко десетилетия, компресирана пружина, без да променя външния си вид, може да се окаже „разредена“ напълно или частично. Въпреки това, висококачествените стоманени пружини, ако не са подложени на прегряване или хипотермия, могат да работят векове без видима загуба на капацитет. Например античен механичен стенен часовник от една пълна намотка все още работи две седмици - точно както когато е бил направен преди повече от половин век.

Ако е необходимо постепенно равномерно „зареждане“ и „разтоварване“ на пружината, механизмът, който осигурява това, може да се окаже много сложен и капризен (погледнете същия механичен часовник - всъщност много зъбни колела и други части служат точно за тази цел ). Електромеханичната трансмисия може да опрости ситуацията, но обикновено налага значителни ограничения върху моментната мощност на такова устройство, а при работа с ниски мощности (няколкостотин вата или по-малко) неговата ефективност е твърде ниска. Отделна задача е натрупването на максимална енергия в минимален обем, тъй като това създава механични напрежения, близки до якостта на опън на използваните материали, което изисква особено внимателни изчисления и безупречна изработка.

Когато говорим за пружини тук, трябва да имаме предвид не само метални, но и други еластични твърди елементи. Най-често срещаните сред тях са ластиците. Между другото, по отношение на съхраняваната енергия на единица маса, каучукът надвишава стоманата десетки пъти, но служи приблизително толкова пъти по-малко и, за разлика от стоманата, губи свойствата си само след няколко години дори без активна употреба и при идеални външни условия.условия – поради относително бързото химично стареене и разграждане на материала.

Газови механични акумулатори

В този клас устройства енергията се акумулира благодарение на еластичността на сгъстения газ. Когато има излишна енергия, компресорът изпомпва газ в цилиндъра. Когато е необходимо да се използва натрупаната енергия, компресираният газ се подава към турбина, която директно извършва необходимата механична работа или върти електрически генератор. Вместо турбина можете да използвате бутален двигател, който е по-ефективен при ниска мощност (между другото, има и реверсивни бутални компресорни двигатели).

Почти всеки съвременен индустриален компресор е оборудван с подобна батерия - приемник. Вярно е, че налягането там рядко надвишава 10 atm и следователно енергийният резерв в такъв приемник не е много голям, но това обикновено ви позволява да увеличите живота на инсталацията няколко пъти и да спестите енергия.

Газът, компресиран до налягане от десетки и стотици атмосфери, може да осигури достатъчно висока специфична плътност на съхранената енергия за почти неограничено време (месеци, години, а с висококачествен приемник и спирателни вентили - десетки години - не е за нищо, че пневматичните оръжия, използващи газ под налягане на патрони, станаха толкова широко разпространени). Но компресорът с турбина или бутален двигател, включени в инсталацията, са доста сложни, капризни устройства и имат много ограничен ресурс.

Обещаваща технология за създаване на енергийни резерви е компресирането на въздуха, използвайки наличната енергия в момент, когато няма непосредствена нужда от последната. Сгъстеният въздух се охлажда и съхранява при налягане от 60-70 атмосфери. Ако е необходимо да се изразходва натрупаната енергия, въздухът се извлича от устройството за съхранение, нагрява се и след това влиза в специална газова турбина, където енергията на сгъстения и нагрят въздух завърта етапите на турбината, чийто вал е свързан към електрически генератор, който доставя електричество към енергийната система.

За съхраняване на сгъстен въздух се предлага например да се използват подходящи минни изработки или специално създадени подземни резервоари в солени скали. Концепцията не е нова, съхраняването на сгъстен въздух в подземна пещера е патентовано през 1948 г., а първата инсталация за съхранение на енергия под сгъстен въздух (CAES) с капацитет 290 MW работи в електроцентралата Huntorf в Германия от 1978 г. По време на етапа на компресия на въздуха се губи голямо количество енергия под формата на топлина. Тази загуба на енергия трябва да бъде компенсирана от сгъстен въздух преди етапа на разширение в газовата турбина, като за тази цел се използва въглеводородно гориво за повишаване на температурата на въздуха. Това означава, че инсталациите далеч не са 100% ефективни.

Има обещаваща посока за подобряване на ефективността на CAES. Състои се в задържане и запазване на топлината, генерирана по време на работа на компресора на етапа на компресиране и охлаждане на въздуха, последвано от повторно използванепри подгряване на студен въздух (т.нар. рекуперация). Тази опция CAES обаче има значителни технически трудности, особено при създаването на система за дългосрочно съхранение на топлина. Ако тези проблеми бъдат решени, AA-CAES (Advanced Adiabatic-CAES) може да проправи пътя за широкомащабни системи за съхранение на енергия, проблем, който беше повдигнат от изследователи по целия свят.

Участниците в канадския стартъп Hydrostor предложиха друго необичайно решение - изпомпване на енергия в подводни мехурчета.

Съхранение на топлинна енергия

В нашата климатични условиямного значителна (често основна) част от консумираната енергия се изразходва за отопление. Следователно би било много удобно директно да акумулирате топлина в устройството за съхранение и след това да я получите обратно. За съжаление, в повечето случаи плътността на съхранената енергия е много малка и времето за съхранение е много ограничено.

Има топлинни акумулатори с твърд или топим топлоакумулиращ материал; течност; пара; термохимичен; с електрически нагревателен елемент. Топлоакумулаторите могат да бъдат свързани към система с котел на твърдо гориво, соларна система или комбинирана система.

Съхранение на енергия поради топлинен капацитет

В акумулаторите от този тип натрупването на топлина се извършва поради топлинния капацитет на веществото, което служи като работна течност. Класически пример за топлинен акумулатор е руската печка. Отопляваше се веднъж на ден и след това отопляваше къщата за 24 часа. В наши дни под топлинен акумулатор най-често се разбират съдове за съхранение на топла вода, облицовани с материал с високи топлоизолационни свойства.

Има топлинни акумулатори на базата на твърди охлаждащи течности, например в керамични тухли.

Различните вещества имат различен топлинен капацитет. За повечето тя е в диапазона от 0,1 до 2 kJ/(kg K). Водата има необичайно висок топлинен капацитет - топлинният й капацитет в течната фаза е приблизително 4,2 kJ/(kg K). Само много екзотичният литий има по-висока топлинна мощност - 4,4 kJ/(kg K).

Въпреки това, в допълнение към специфичния топлинен капацитет (по маса), е необходимо да се вземе предвид и обемният топлинен капацитет, който ни позволява да определим колко топлина е необходима, за да променим температурата на същия обем различни вещества от същата сума. Изчислява се от обичайния специфичен (масов) топлинен капацитет, като се умножи по специфичната плътност на съответното вещество. Трябва да се съсредоточите върху обемния топлинен капацитет, когато обемът на топлинния акумулатор е по-важен от теглото му.

Например, специфичният топлинен капацитет на стоманата е само 0,46 kJ/(kg K), но плътността е 7800 kg/куб.м, а, да речем, полипропиленът е 1,9 kJ/(kg K) - повече от 4 пъти по-висок, но плътността му е само 900 кг/куб.м. Следователно при същия обем стоманата може да съхранява 2,1 пъти повече топлина от полипропилена, въпреки че ще бъде почти 9 пъти по-тежка. Въпреки това, поради аномално големия топлинен капацитет на водата, никой материал не може да го надмине по обемна топлинна мощност. Обемният топлинен капацитет на желязото и неговите сплави (стомана, чугун) обаче се различава от водата с по-малко от 20% - в един кубичен метър те могат да съхраняват повече от 3,5 MJ топлина за всеки градус на промяна на температурата, обемният топлинен капацитет на медта е малко по-малко - 3,48 MJ /(куб.m K). Топлинен капацитет на въздуха в нормални условияе приблизително 1 kJ/kg, или 1,3 kJ/кубичен метър, така че за да загреете кубичен метър въздух с 1°, е достатъчно да охладите малко по-малко от 1/3 литър вода (естествено по-гореща от въздуха) с същата степен.

Поради простотата на устройството (което може да бъде по-просто от фиксирано масивно парче твърдоили затворен резервоар с течна охлаждаща течност?) такива устройства за съхранение на енергия имат почти неограничен брой цикли на натрупване и освобождаване на енергия и много дълъг експлоатационен живот - за течни охлаждащи течности, докато течността изсъхне или докато резервоарът се повреди от корозия или други причини, за твърдотелни няма тези ограничения. Но времето за съхранение е много ограничено и като правило варира от няколко часа до няколко дни - конвенционалната топлоизолация вече не е в състояние да задържа топлина за по-дълъг период от време, а специфичната плътност на съхранената енергия е ниска.

Накрая трябва да се подчертае още едно обстоятелство – за ефективна работаВажен е не само топлинният капацитет, но и топлопроводимостта на веществото на топлоакумулатора. С висока топлопроводимост, дори при доста бързи промени във външните условия, топлинният акумулатор ще реагира с цялата си маса и следователно с цялата си съхранена енергия - тоест възможно най-ефективно.

В случай на лоша топлопроводимост само повърхностната част на топлинния акумулатор ще има време да реагира, а краткосрочните промени във външните условия просто няма да имат време да достигнат по-дълбоките слоеве и значителна част от веществото на такъв топлинен акумулатор всъщност ще бъде изключен от работа.

Полипропиленът, споменат в примера, разгледан по-горе, има топлопроводимост почти 200 пъти по-малка от стоманата и следователно, въпреки доста големия си специфичен топлинен капацитет, той не може да бъде ефективен акумулатор на топлина. Технически обаче проблемът се решава лесно чрез организиране на специални канали за циркулация на охлаждащата течност вътре в топлинния акумулатор, но е очевидно, че такова решение значително усложнява дизайна, намалява неговата надеждност и енергоемкост и със сигурност ще изисква периодична поддръжка, което е малко вероятно е да е необходимо за монолитно парче вещество.

Колкото и странно да изглежда, понякога е необходимо да се натрупва и съхранява не топлина, а студ. В Съединените щати повече от десет години работят компании, които предлагат базирани на лед „акумулатори“ за инсталиране в климатици. През нощта, когато има изобилие от ток и се продава на намалени цени, климатикът замръзва водата, тоест преминава в режим на хладилник. През деня консумира няколко пъти по-малко енергия, работейки като вентилатор. Енергоемкият компресор е изключен през това време. .

Натрупване на енергия при промяна на фазовото състояние на веществото

Ако разгледате внимателно топлинните параметри на различни вещества, можете да видите, че когато агрегатното състояние се промени (топене-втвърдяване, изпарение-кондензация), се получава значително поглъщане или освобождаване на енергия. За повечето вещества топлинната енергия на такива трансформации е достатъчна, за да промени температурата на същото количество от същото вещество с много десетки или дори стотици градуси в тези температурни диапазони, където неговото състояние на агрегиране не се променя. Но, както знаете, докато състоянието на агрегиране на целия обем на дадено вещество не стане същото, температурата му е практически постоянна! Следователно би било много изкушаващо да се натрупва енергия чрез промяна на агрегатното състояние - натрупва се много енергия и температурата се променя малко, така че в резултат няма да е необходимо да се решават проблеми, свързани с отоплението високи температури, като в същото време можете да получите добър капацитет на такъв топлинен акумулатор.

Топене и кристализация

За съжаление, в момента практически няма евтини, безопасни и устойчиви на разлагане вещества с страхотна енергияфазов преход, чиято точка на топене би била в най-подходящия диапазон - от приблизително +20°C до +50°C (максимум +70°C все още е относително безопасна и лесно постижима температура). По правило в този температурен диапазон се топят сложни органични съединения, които изобщо не са здравословни и често бързо се окисляват във въздуха.

Може би най-подходящите вещества са парафините, точката на топене на повечето от които, в зависимост от вида, е в диапазона от 40..65 ° C (съществуват обаче и „течни” парафини с точка на топене 27 ° C или по-малко, както и естествен озокерит, свързан с парафините, чиято точка на топене е в диапазона 58..100°C). Парафините и озокеритите са доста безопасни и се използват и за медицински цели за директно затопляне на възпалени места по тялото.

Въпреки това, при добър топлинен капацитет, тяхната топлопроводимост е много ниска - толкова ниска, че парафинът или озокерита, нанесен върху тялото, загрят до 50-60 ° C, се усеща само приятно горещ, но не парещ, какъвто би бил случаят с нагрята вода до същата температура, - това е добре за медицината, но за топлинен акумулатор това е абсолютен минус. Освен това тези вещества не са толкова евтини, да речем, цената на едро на озокерита през септември 2009 г. беше около 200 рубли на килограм, а килограм парафин струваше от 25 рубли (технически) до 50 и повече (високо пречистен хранителен клас, т.е. подходящ за използване в опаковки на храни). Това са цени на едро за партиди от няколко тона, на дребно всичко е поне един и половина пъти по-скъпо.

В резултат на това икономическата ефективност на парафиновия топлинен акумулатор е под голям въпрос - в края на краищата килограм или два парафин или озокерит са подходящи само за медицинско загряване на свита долна част на гърба за няколко десетки минути и за осигуряване на стабилна температура в повече или по-малко просторен дом за поне един ден, масата на парафинов топлинен акумулатор трябва да се измерва в тонове, така че цената му веднага се доближава до цената на лек автомобил (макар и в по-ниския ценови сегмент)!

И температурата на фазовия преход, в идеалния случай, все пак трябва точно да съответства на удобния диапазон (20..25 ° C) - в противен случай все пак ще трябва да организирате някаква система за регулиране на топлообмена. Въпреки това, точката на топене в областта от 50..54 ° C, характерна за високопречистените парафини, в комбинация с високата топлина на фазов преход (малко повече от 200 kJ/kg) е много подходяща за акумулатор на топлина, предназначен да осигуряват захранване с топла вода и отопление на вода, единственият проблем е ниската топлопроводимост и високата цена на парафина.

Но в случай на непреодолима сила самият парафин може да се използва като гориво с добра калоричност (въпреки че това не е толкова лесно да се направи - за разлика от бензина или керосина, течният и особено твърдият парафин не гори във въздуха, определено ви трябва фитил или друго устройство за подаване в зоната на горене не на самия парафин, а само на неговите пари)!

Пример за устройство за съхранение на топлинна енергия, базирано на ефекта на топене и кристализация, е системата за съхранение на топлинна енергия TESS, базирана на силиций, която е разработена от австралийската компания Latent Heat Storage.

Изпарение и кондензация

Топлината на изпарение-кондензация, като правило, е няколко пъти по-висока от топлината на топене-кристализация. И изглежда, че има доста вещества, които се изпаряват в необходимия температурен диапазон. В допълнение към откровено токсичния въглероден дисулфид, ацетон, етилов етер и т.н., има и етилов алкохол (относителната му безопасност се доказва ежедневно с личен пример от милиони алкохолици по света!). При нормални условия алкохолът кипи при 78°C, а топлината му на изпарение е 2,5 пъти по-голяма от топлината на топене на вода (лед) и е еквивалентна на нагряване на същото количество течна водана 200°.

Въпреки това, за разлика от топенето, когато промените в обема на веществото рядко надвишават няколко процента, по време на изпаряването парата заема целия обем, който й се предоставя. И ако този обем е неограничен, тогава парата ще се изпари, безвъзвратно вземайки със себе си цялата натрупана енергия. В затворен обем налягането веднага ще започне да се увеличава, предотвратявайки изпаряването на нови порции от работния флуид, както е в най-обикновената тенджера под налягане, така че само малък процент от работното вещество претърпява промяна в състоянието агрегация, докато останалата част продължава да се нагрява, докато е в течна фаза. Това отваря широко поле за дейност на изобретателите - създаването на ефективен топлинен акумулатор на базата на изпарение и кондензация със запечатан променлив работен обем.

Фазови преходи от втори ред

В допълнение към фазовите преходи, свързани с промени в състоянието на агрегиране, някои вещества, дори в рамките на едно състояние на агрегиране, могат да имат няколко различни фазови състояния. Промяната в такива фазови състояния, като правило, също е придружена от забележимо освобождаване или поглъщане на енергия, макар и обикновено много по-малко значимо, отколкото когато агрегатното състояние на веществото се промени. Освен това в много случаи при такива промени, за разлика от промяната в агрегатното състояние, възниква температурен хистерезис - температурите на преките и обратните фазови преходи могат да се различават значително, понякога с десетки или дори стотици градуси.

Съхранение на електрическа енергия

Електричеството е най-удобната и универсална форма на енергия в съвременния свят. Не е изненадващо, че устройствата за съхранение на електрическа енергия се развиват най-бързо. За съжаление, в повечето случаи специфичният капацитет на евтините устройства е малък, а устройствата с висок специфичен капацитет все още са твърде скъпи, за да съхраняват големи енергийни резерви за масова употреба и са много краткотрайни.

Кондензатори

Най-често срещаните "електрически" устройства за съхранение на енергия са обикновените радиокондензатори. Те имат огромна скорост на натрупване и освобождаване на енергия - обикновено от няколко хиляди до много милиарди пълни цикли в секунда и са в състояние да работят по този начин в широк температурен диапазон в продължение на много години или дори десетилетия. Чрез комбиниране на няколко кондензатора паралелно можете лесно да увеличите общия им капацитет до желаната стойност.

Кондензаторите могат да бъдат разделени на два големи класа - неполярни (обикновено „сухи“, т.е. несъдържащи течен електролит) и полярни (обикновено електролитни). Използването на течен електролит осигурява значително по-висок специфичен капацитет, но почти винаги изисква спазване на полярността при свързване. Освен това електролитните кондензатори често са по-чувствителни към външни условия, предимно на температура и имат по-кратък експлоатационен живот (с времето електролитът се изпарява и изсъхва).

Кондензаторите обаче имат два основни недостатъка. Първо, това е много ниска специфична плътност на съхранената енергия и следователно малък (в сравнение с други видове съхранение) капацитет. Второ, това е кратко време за съхранение, което обикновено се измерва в минути и секунди и рядко надвишава няколко часа, а в някои случаи е само малка част от секундата. В резултат на това обхватът на приложение на кондензаторите е ограничен до различни електронни схеми и краткотрайно натрупване, достатъчно за коригиране, коригиране и филтриране на ток в силовата електротехника - все още няма достатъчно от тях за повече.

йонистори

Йонисторите, които понякога се наричат ​​"суперкондензатори", могат да се разглеждат като вид междинна връзка между електролитните кондензатори и електрохимичните батерии. От първите те наследиха почти неограничен брой цикли на зареждане и разреждане, а от вторите - относително ниски токове на зареждане и разреждане (пълният цикъл на зареждане и разреждане може да продължи секунда или дори много повече). Техният капацитет също е в диапазона между най-капацитивните кондензатори и малките батерии - обикновено енергийният резерв варира от няколко до няколкостотин джаула.

Освен това трябва да се отбележи, че йонисторите са доста чувствителни към температурата и имат ограничено време за съхранение на заряда - от няколко часа до няколко седмици максимум.

Електрохимични батерии

Електрохимичните батерии са изобретени в зората на развитието на електротехниката и сега могат да бъдат намерени навсякъде - от мобилни телефони до самолети и кораби. Най-общо казано, те работят на базата на някакви химични реакции и затова могат да бъдат класифицирани в следващия раздел на нашата статия – „Устройства за съхранение на химическа енергия“. Но тъй като тази точка обикновено не се подчертава и се обръща внимание на факта, че батериите натрупват електричество, ще ги разгледаме тук.

Като правило, ако е необходимо да се съхранява доста голяма енергия - от няколкостотин килоджаула или повече - се използват оловно-киселинни батерии (например всяка кола). Те обаче имат значителни размери и, най-важното, тегло. Ако се изисква леко тегло и мобилност на устройството, тогава се използват по-модерни видове батерии - никел-кадмиеви, металхидридни, литиево-йонни, полимер-йонни и др. Те имат много по-висок специфичен капацитет, но и специфична цена на съхраняване на енергия.забележимо по-високи, така че тяхното използване обикновено се ограничава до сравнително малки и икономични устройства, като напр Мобилни телефони, фото и видео камери, лаптопи и др.

Напоследък мощните литиево-йонни батерии започнаха да се използват в хибридни и електрически превозни средства. Освен по-малкото тегло и по-големия специфичен капацитет, за разлика от оловно-киселинните, те позволяват почти пълно използване на номиналния им капацитет, считат се за по-надеждни и имат по-дълъг експлоатационен живот, а енергийната им ефективност при пълен цикъл надхвърля 90%, докато енергийна ефективност на олово При зареждане на последните 20% от батериите капацитетът им може да падне до 50%.

Според начина на използване електрохимичните батерии (предимно мощните) също се разделят на два големи класа - така наречените тягови и стартови. Обикновено стартовата батерия може да работи доста успешно като тягова батерия (основното е да се контролира степента на разреждане и да не се довежда до такава дълбочина, която е допустима за тягови батерии), но когато се използва в обратна посока, твърде голям ток на натоварване може много бързо да повреди тяговата батерия.

Недостатъците на електрохимичните батерии включват много ограничен брой цикли на зареждане-разреждане (в повечето случаи от 250 до 2000, а ако не се спазват препоръките на производителите - много по-малко) и дори при липса на активна употреба, повечето видове батериите се разграждат след няколко години, губейки своите потребителски свойства.

В същото време експлоатационният живот на много видове батерии не започва от началото на тяхната работа, а от момента на производство. В допълнение, електрохимичните батерии се характеризират с чувствителност към температура, дълго време за зареждане, понякога десетки пъти по-дълго от времето за разреждане, и необходимостта от спазване на метода на употреба (избягване на дълбоко разреждане за оловни батерии и, обратно, поддържане на пълен цикъл на зареждане-разреждане за металхидридни и много други видове батерии). Времето за съхранение на заряда също е доста ограничено - обикновено от седмица до година. При старите батерии намалява не само капацитета, но и времето за съхранение, като и двете могат да се намалят многократно.

Разработките за създаване на нови видове електрически батерии и подобряване на съществуващите устройства не спират.

Химически устройства за съхранение на енергия

Химическата енергия е енергията, „съхранена“ в атомите на веществата, която се освобождава или абсорбира по време на химичните реакции между веществата. Химическата енергия се отделя като топлина по време на екзотермични реакции (например изгаряне на гориво) или се преобразува в електрическа енергия в галванични клетки и батерии. Тези енергийни източници се характеризират с висока ефективност (до 98%), но ниска мощност.

Химическите устройства за съхранение на енергия позволяват получаването на енергия както във формата, от която е била съхранена, така и във всяка друга форма. Има разновидности „с гориво“ и „без гориво“. За разлика от нискотемпературните термохимични устройства за съхранение (повече за тях малко по-късно), които могат да съхраняват енергия просто като бъдат поставени в достатъчно топло място, тук не можете без специални технологии и високотехнологично оборудване, понякога много тромаво. По-специално, докато в случай на нискотемпературни термохимични реакции сместа от реагенти обикновено не се разделя и винаги е в един и същи контейнер, реагентите за високотемпературни реакции се съхраняват отделно един от друг и се комбинират само когато е необходима енергия.

Натрупване на енергия чрез производство на гориво

По време на етапа на съхранение на енергия възниква химическа реакция, в резултат на която горивото се редуцира, например водородът се освобождава от водата - чрез директна електролиза, в електрохимични клетки с помощта на катализатор или чрез термично разлагане, да речем, електрическа дъга или силно концентриран слънчева светлина. „Освободеният” окислител може да се събере отделно (за кислорода това е необходимо в затворен изолиран обект - под вода или в космоса) или да се „изхвърли” като ненужен, тъй като в момента на използване на горивото този окислител ще бъде напълно достатъчен в заобикаляща средаи няма нужда да губите място и пари за организираното му съхранение.

На етапа на възстановяване на енергията натрупаното гориво се окислява, за да освободи енергия директно в желаната форма, независимо от това как е получено горивото. Например, водородът може незабавно да осигури топлина (когато се изгори в горелка), механична енергия (когато се доставя като гориво към двигател с вътрешно горене или турбина) или електричество (когато се окислява в горивна клетка). По правило такива окислителни реакции изискват допълнително иницииране (запалване), което е много удобно за контролиране на процеса на извличане на енергия.

Този метод е много привлекателен поради независимостта на етапите на натрупване на енергия („зареждане“) и нейното използване („разреждане“), високия специфичен капацитет на енергията, съхранявана в горивото (десетки мегаджаули за всеки килограм гориво) и възможност за дългосрочно съхранение (при условие, че контейнерите са правилно затворени - в продължение на много години). Широкото му използване обаче е възпрепятствано от незавършеното развитие и високата цена на технологията, високата опасност от пожар и експлозия на всички етапи на работа с такова гориво и, като следствие, необходимостта от висококвалифициран персонал при обслужването и експлоатацията на тези системи. Въпреки тези недостатъци по света се разработват различни инсталации, използващи водород като резервен източник на енергия.

Съхранение на енергия чрез термохимични реакции

Отдавна и широко известен голяма групахимични реакции, които в затворен съд при нагряване протичат в една посока, поглъщайки енергия, а при охлаждане протичат в обратна посока, освобождавайки енергия. Такива реакции често се наричат ​​термохимични. Енергийната ефективност на такива реакции като правило е по-малка, отколкото при промяна на агрегатното състояние на веществото, но също така е много забележима.

Такива термохимични реакции могат да се разглеждат като вид промяна във фазовото състояние на смес от реагенти и проблемите, които възникват тук, са приблизително същите - трудно е да се намери евтина, безопасна и ефективна смес от вещества, която успешно да действа в по подобен начин в температурния диапазон от +20°C до +70°C. Един подобен състав обаче е известен отдавна - това е глауберовата сол.

Мирабилит (известен още като сол на Глаубер, известен също като натриев сулфат декахидрат Na2SO4 · 10H2O) се получава в резултат на елементарни химични реакции (например чрез добавяне на готварска сол към сярна киселина) или се добива в „завършен вид“ като минерал.

От гледна точка на акумулиране на топлина най-много интересна функциямирабилит е, че когато температурата се повиши над 32°C свързана водазапочва да се отделя и външно изглежда като "топене" на кристали, които се разтварят в отделената от тях вода. Когато температурата падне до 32°C, свободната вода отново се свързва в структурата на кристалния хидрат - настъпва "кристализация". Но най-важното е, че топлината на тази реакция на хидратация-дехидратация е много висока и възлиза на 251 kJ/kg, което е значително по-високо от топлината на „честното“ топене-кристализация на парафините, макар и една трета по-малко от топлината на сливане на лед (вода).

По този начин топлинен акумулатор на базата на наситен разтвор на мирабилит (наситен точно при температури над 32°C) може ефективно да поддържа температурата при 32°C с дълъг ресурс за съхранение или освобождаване на енергия. Разбира се, за пълноценно захранване с топла вода тази температура е твърде ниска (душ с тази температура е най-добрият сценарийсе възприема като „много хладно“), но тази температура може да е напълно достатъчна, за да загрее въздуха.

Химическо съхранение на енергия без гориво

В този случай, на етапа на „зареждане“, от някои химически веществадруги се образуват и по време на този процес енергията се съхранява в образуваните нови химични връзки (например гасената вар се превръща в състояние на негасена вар чрез нагряване).

По време на „разреждането“ възниква обратна реакция, придружена от освобождаване на предварително съхранена енергия (обикновено под формата на топлина, понякога допълнително под формата на газ, който може да бъде доставен към турбината) - по-специално това е точно това, което се случва при "гасене" на вар с вода. За разлика от горивните методи, за започване на реакция обикновено е достатъчно просто да се свържат реагентите един с друг - не е необходимо допълнително иницииране на процеса (запалване).

По същество това е вид термохимична реакция, но за разлика от нискотемпературните реакции, описани при разглеждане на устройства за съхранение на топлинна енергия и които не изискват специални условия, тук говорим за температури от много стотици или дори хиляди градуси. В резултат количеството енергия, съхранявана във всеки килограм работно вещество, се увеличава значително, но оборудването е многократно по-сложно, обемисто и по-скъпо от празното пластмасови шишетаили обикновен резервоар за реагент.

Необходимостта от консумация на допълнително вещество - да речем вода за гасене на вар - не е съществен недостатък (ако е необходимо, можете да съберете водата, която се отделя, когато варът преминава в състояние на негасена вар). Но специалните условия на съхранение на тази много негасена вар, чието нарушение е изпълнено не само с химически изгаряния, но и с експлозия, прехвърлят този и подобни методи в категорията на тези, които е малко вероятно да влязат в широка употреба.

Други видове устройства за съхранение на енергия

В допълнение към описаните по-горе, има и други видове устройства за съхранение на енергия. Понастоящем обаче те са много ограничени по отношение на плътността на съхраняваната енергия и времето за нейното съхранение при висока специфична цена. Затова засега те се използват повече за забавление и не се разглежда използването им за някакви сериозни цели. Пример за това са фосфоресциращите бои, които съхраняват енергия от източник на ярка светлина и след това светят за няколко секунди или дори дълги минути. Техен модерни модификацииотдавна не съдържат токсичен фосфор и са напълно безопасни дори за използване в детски играчки.

Свръхпроводящите устройства за съхранение на магнитна енергия я съхраняват в полето на голяма магнитна намотка с постоянен ток. Може да се преобразува в променлив електрически ток, ако е необходимо. Устройствата за съхранение с ниска температура се охлаждат с течен хелий и са достъпни за промишлени приложения. Устройствата за съхранение с високотемпературно охлаждане с течен водород все още се разработват и може да станат достъпни в бъдеще.

Свръхпроводящите магнитни устройства за съхранение на енергия са големи по размер и обикновено се използват за кратки периоди от време, като например по време на превключващи операции. публикувани

Wikimedia Commons

Може би най-много стара униформамодерно свързано с мрежата съхранение на енергия. Принципът на работа е прост: има два резервоара за вода, единият по-висок от другия. Когато търсенето на електроенергия е ниско, енергията може да се използва за изпомпване на вода нагоре. По време на пиковите часове водата се втурва надолу, върти хидрогенератор и генерира електричество. Подобни проекти се разработват например от Германия в изоставени въглищни мини или сферични контейнери на океанското дъно.

Въздух под налягане

Мощност Юг

Като цяло този метод прилича на предишния, с изключение на това, че вместо вода в резервоарите се изпомпва въздух. Когато е необходимо, въздухът се изпуска и завърта турбините. Тази технология съществува на теория от няколко десетилетия, но на практика, поради високата си цена, има само няколко работещи системи и още няколко тестови. Канадската компания Hydrostor разработва голям адиабатен компресор в Онтарио и Аруба.

Разтопена сол

SolarReserve

Слънчевата енергия може да се използва за нагряване на солта до желаната температура. Получената пара или незабавно се преобразува в електричество от генератор, или се съхранява за няколко часа като разтопена сол, за да се затоплят например домовете вечер. Един от тези проекти е слънчевият парк Мохамед бин Рашид Ал Мактум - в Обединени арабски емирства. А в лабораторията на Alphabet X е възможно да се използват разтопени соли в комбинация с антифриз, за ​​да се запази излишната слънчева или вятърна енергия. Georgia Tech наскоро създаде по-ефективна система, която замества солта с течен метал.

Проточни батерии

Учени от CERN: „Вселената не трябва да съществува“

Redox flow батериите се състоят от огромни резервоари с електролит, които преминават през мембрани и създават електрически заряд. Обикновено ванадий се използва като електролит, както и разтвори на цинк, хлор или солена вода. Те са надеждни, лесни за използване и имат дълъг експлоатационен живот. Най-голямата проточна батерия в света ще бъде построена в пещери в Германия.

Традиционни батерии

SDG&E

Калмак

През нощта водата, съхранявана в резервоарите, е замръзнала, а през деня ледът се топи и охлажда съседните къщи, което ви позволява да спестите от климатик. Тази технология е привлекателна за региони с горещ климат и хладни нощи, като Калифорния. През май тази година NRG Energy достави 1800 индустриални ледени батерии на Южна Калифорния Edison.

Супер маховик

Мощност на маяка

Тази технология е предназначена да съхранява кинетична енергия. Електричеството стартира двигателя, който съхранява ротационна енергия в барабана. Когато е необходимо, маховикът се забавя. Изобретението не е широко използвано, въпреки че може да се използва за осигуряване на непрекъсваемо захранване.