Съхранение на енергия под формата на разтопена сол и охладена течност. Как да съхраняваме енергия

Енергийната индустрия е една от малкото области, в които няма мащабно съхранение на произведени "продукти". Индустриалното съхранение на енергия и производството на различни видове устройства за съхранение е следващата стъпка в голямата електроенергийна индустрия. Сега тази задача е особено остра - заедно с бързото развитие на възобновяемите енергийни източници. Въпреки безспорните предимства на възобновяемите енергийни източници остава един важен въпрос, който трябва да бъде решен преди масово въвеждане и използване на алтернативни енергийни източници. Въпреки че вятърната и слънчевата енергия са екологични, нейното генериране е „периодично“ и изисква съхранение на енергия за по-късно използване. За много страни особено спешна задача би била получаването на технологии за сезонно съхранение на енергия - поради големи колебания в нейното потребление. Изданието Ars Technica подготви списък с най-добрите технологии за съхранение на енергия, ние ще ви разкажем за някои от тях.

Хидроакумулатори

Най-старата, отстранена и широко разпространена технология за съхранение на енергия в големи обеми. Принципът на работа на акумулатора е следният: има два резервоара за вода - единият е разположен над друг. Когато търсенето на електроенергия е ниско, енергията се използва за изпомпване на вода в горния резервоар. В пиковите часове на консумация на електроенергия водата се оттича до хидрогенератор, монтиран там, водата върти турбина и генерира електричество.

В бъдеще Германия планира да използва стари въглищни мини за създаване на хидроакумулатори, а немски изследователи работят за създаването на гигантски бетонни сфери за хидронеграция, поставени на дъното на океана. В Русия има Zagorskaya GAES, разположена на река Куня близо до село Богородское в района на Сергиев Посад на Московска област. Загорската ВЕЦ е важен инфраструктурен елемент от енергийната система на центъра, участва в автоматичното регулиране на честотите и потоците на мощност, както и покриване на ежедневни пикови натоварвания.

Както Игор Ряпин, ръководител на отдел на Асоциацията на общностите на потребителите на енергия, в рамките на конференцията Нова енергия: Интернет на енергията, организирана от Енергийния център на Бизнес училището Сколково, каза, че инсталираният капацитет на всички хидроакумулатори в света е около 140 GW, като предимствата на тази технология включват голям брой цикли и дълъг експлоатационен живот, ефективност от порядъка на 75-85%. Монтирането на акумулатори обаче изисква специални географски условия и е скъпо.

Съхранение на енергия от сгъстен въздух

Този метод за съхранение на енергия е подобен по принцип на водноелектрическото производство - обаче, вместо вода, въздухът се вкарва в резервоарите. С помощта на двигател (електрически или друг) въздухът се изпомпва в акумулатора. За генериране на енергия сгъстен въздух се освобождава и завърта турбината.

Недостатъкът на този вид съхранение е ниската ефективност поради факта, че част от енергията се преобразува в термична форма, когато газът се компресира. Ефективността е не повече от 55%, за рационално използване устройството за съхранение изисква много евтина електроенергия, така че в момента технологията се използва предимно за експериментални цели, общата инсталирана мощност в света не надвишава 400 MW.

Разтопена сол за съхранение на слънчева енергия

Разтопената сол задържа топлината дълго време, поради което се поставя в слънчеви топлинни инсталации, където стотици хелиостати (големи огледала, центрирани върху слънцето) събират топлината на слънчевата светлина и загряват течността вътре – под формата на разтопена сол. След това се изпраща в резервоара, след което с помощта на парогенератор задвижва турбината да се върти, така че се генерира електричество. Едно от предимствата е, че разтопената сол работи при висока температура - над 500 градуса по Целзий, което допринася за ефективната работа на парната турбина.

Тази технология помага за удължаване работно време, или отопляват помещенията и осигуряват електричество вечер.

Подобни технологии се използват в Соларния парк Мохамед Ибн Рашид Ал Мактум, най-голямата мрежа от слънчеви електроцентрали в света, обединени в едно пространство в Дубай.

Редокс поточни системи

Проточните батерии са огромен контейнер с електролит, който преминава през мембрана и създава електрически заряд. Електролитът може да бъде ванадий, както и разтвори на цинк, хлор или солена вода. Те са надеждни, лесни за работа, имат дългосроченобслужване.

Все още няма търговски проекти, общата инсталирана мощност е 320 MW, основно в рамките на изследователски проекти. Основният плюс засега е единствената акумулаторна технология с дълготрайна мощност - повече от 4 часа. Сред недостатъците са обемността и липсата на технология за рециклиране, което е често срещан проблем за всички батерии.

Германската електроцентрала EWE планира да построи най-голямата в света акумулаторна батерия от 700 MWh в Германия, в пещери, където преди се е съхранявал природен газ, според Clean Technica.

Традиционни батерии

Това са батерии, подобни на тези в лаптопите и смартфоните, но с индустриален размер. Tesla доставя такива батерии за вятърни и слънчеви електроцентрали, а Daimler използва стари автомобилни батерии за това.

Термично съхранение

Модерният дом трябва да се охлажда - особено в горещите региони. Термоакумулаторите позволяват замразяване на водата, съхранявана в цистерни през нощта, през деня ледът се топи и охлажда къщата, без използване на обичайния скъп климатик и излишна консумация на енергия.

Ice Energy, базирана в Калифорния компания, разработи няколко подобни проекта. Идеята им е, че ледът се произвежда само по време на невърхови натоварвания, а след това, вместо да се консумира допълнителна електроенергия, ледът се използва за охлаждане на помещенията.

Ice Energy си партнира с австралийски фирми, които се стремят да внесат на пазара технология за лед батерии. В Австрия, поради активното слънце, е развито използването на слънчеви панели. Комбинацията от слънце и лед ще увеличи общата енергийна ефективност и устойчивост на домовете.

Маховик

Супер маховик е инерционно устройство за съхранение. Кинетичната енергия на движението, съхранявана в него, може да се преобразува в електричество с помощта на динамо. Когато има нужда от електричество, конструкцията генерира електрическа енергия чрез забавяне на маховика.

За да отглеждате кристал от сол, ще ви трябва:

1) - сол.

Тя трябва да е възможно най-чиста. Морската сол е най-подходяща, тъй като в обикновена готварска печка има много отломки, които са невидими за очите.

2) - вода.

Идеалният вариант би бил да използвате дестилирана вода или поне преварена вода, като я пречистите колкото е възможно повече от примеси чрез филтриране.

3) - стъклени съдовев който ще се отглежда кристалът.

Основните изисквания към него: той също трябва да бъде идеално чист, в него не трябва да има чужди предмети, дори незначителни петна през целия процес, тъй като те могат да провокират растежа на други кристали в ущърб на основния.

4) - сол кристал.

Може да се "получи" от пакет сол или в празна солница. Там, на дъното, почти сигурно ще има подходящ, който не би могъл да пропълзи през дупката в солницата. Трябва да изберете прозрачен кристал по-близо до паралелепипед във форма.

5) - пръчка: пластмасова или дървена керамика, или лъжица от същите материали.

Един от тези елементи ще бъде необходим за смесване на разтвора. Може би ще бъде излишно да напомняме, че след всяка употреба те трябва да се измиват и изсушават.

6) - лак.

Лакът ще бъде необходим за защита на готовия кристал, тъй като без защита на сух въздух той ще се разпадне, а във влажен въздух ще пълзи в безформена маса.

7) - марляили филтърна хартия.

Процес на отглеждане на кристали.

В него се поставя съд с подготвена вода топла вода(около 50-60 градуса), в него постепенно се изсипва сол, при непрекъснато бъркане. Когато солта вече не може да се разтвори, разтворът се излива в друга чиста чиния, за да не попадне утайка от първия съд. За да се осигури по-добра чистота може да се излива през фуния с филтър.

Сега в този разтвор се потапя предварително "добитият" кристал на канап, така че да не докосва дъното и стените на съда.

След това покрийте съдовете с капак или нещо друго, но за да не попаднат чужди предмети и прах.

Поставете контейнера на тъмно и хладно място и бъдете търпеливи - видимият процес ще започне след няколко дни, но ще отнеме няколко седмици, за да расте голям кристал.

С нарастването на кристала течността естествено ще намалее и следователно приблизително на всеки десет дни ще е необходимо да се добавя свеж разтвор, приготвен в съответствие с горните условия.

При всички допълнителни операции не трябва да се допускат чести движения, силни механични въздействия, значителни температурни колебания.

Когато кристалът достигне желания размер, той се отстранява от разтвора. Това трябва да се направи много внимателно, защото на този етап все още е много крехка. Отстраненият кристал се изсушава от вода с помощта на салфетки. Изсушеният кристал е покрит с безцветен лак за придаване на здравина, за който можете да използвате както домакински, така и маникюрни.

И накрая, полейте в мехлема.

Отглежданият по този начин кристал не може да се използва за направата на пълноценна солна лампа, тъй като там се използва специален естествен минерал - халит, който съдържа много естествени минерали.

Но дори и от това, което сте получили, е напълно възможно да направите някакъв занаят, например, миниатюрен модел на същата солна лампа, като поставите малък светодиод в кристала, захранван от батерия.

Отделните соли могат да служат като електролити при производството на метали чрез електролиза на стопени соли, но обикновено, въз основа на желанието да има сравнително нискотопим електролит, с благоприятна плътност, характеризиращ се с достатъчно нисък вискозитет и висока електропроводимост, относително високо повърхностно напрежение, както и ниска летливост и способност за степен на разтваряне на метали, в практиката на съвременната металургия се използват разтопени електролити, които са по-сложни по състав, които са системи от няколко (два до четири) компонента.
От тази гледна точка физикохимичните свойства на отделните стопени соли, особено системите (смеси) от стопени соли, са много важни.
Доста голям експериментален материал, натрупан в тази област, показва, че физикохимичните свойства на разтопените соли са в известна връзка помежду си и зависят от структурата на тези соли, както в твърдо, така и в разтопено състояние. Последното се определя от такива фактори като размера и относителното количество катиони и аниони в кристалната решетка на солта, естеството на връзката между тях, поляризацията и склонността на съответните йони към образуване на комплекси в стопилките.
Таблица 1 се сравняват точките на топене, точките на кипене, моларните обеми (при точката на топене) и еквивалентната електрическа проводимост на някои стопени хлориди, разположени в съответствие с групите от таблицата на периодичния закон на елементите на D.I. Менделеев.

Таблица 1, че хлоридите на алкалните метали, принадлежащи към група I и хлоридите на алкалоземните метали (група II), се характеризират с високи точки на топене и кипене, висока електропроводимост и по-ниски полярни обеми в сравнение с хлоридите, принадлежащи към следните групи.
Това се дължи на факта, че в твърдо състояние тези соли имат йонни кристални решетки, силите на взаимодействие между йони в които са много значителни. Поради тази причина е много трудно да се разрушат такива решетки, следователно хлоридите на алкалните и алкалоземните метали имат високи точки на топене и кипене. По-малък моларен обем на хлориди на алкални и алкалоземни метали също е резултат от наличието на голяма част от силни йонни връзки в кристалите на тези соли. Йонната структура на стопилките на разглежданите соли също определя тяхната висока електропроводимост.
Според вярванията на А.Я. Френкел, електрическата проводимост на разтопените соли се определя от преноса на ток, главно от малки подвижни катиони, а вискозните свойства се дължат на по-обемисти аниони. Следователно, намаляването на електрическата проводимост от LiCl до CsCl с увеличаване на радиуса на катиона (от 0,78 A за Li + до 1,65 A за Cs +) и съответно намаляване на неговата подвижност.
Някои хлориди от групи II и III (като MgCl2, ScCl2, USl3 и LaCl3) се характеризират с ниска електрическа проводимост в разтопено състояние, но в същото време с доста високи точки на топене и кипене. Последното показва значителна част от йонни връзки в кристалните решетки на тези соли. В стопилките простите йони взаимодействат забележимо с образуването на по-големи и по-малко подвижни комплексни йони, което намалява електрическата проводимост и увеличава вискозитета на стопилките на тези соли.
Силната поляризация от малки по размер катиони Be2 + и Al3 + на хлорния анион води до рязко намаляване на фракцията на йонните връзки в тези соли и до увеличаване на фракцията на молекулярните връзки. Това намалява здравината на кристалните решетки на BeCl2 и AlCl3, поради което тези хлориди се характеризират с ниски точки на топене и кипене, големи моларни обеми и много ниски стойности на електропроводимост. Последното очевидно се дължи на факта, че (под влияние на силното поляризиращо действие на Be2+ и Al3+) в разтопените берилиеви и алуминиеви хлориди се получава силно комплексообразуване с образуването на обемисти комплексни йони.
Хлоридните соли на елементи от група IV, както и на първия елемент от група III, бор, които имат чисто молекулярни решетки със слаби остатъчни връзки между молекулите, се характеризират с много ниски температури на топене (стойностите на които често са под нулата ) и точки на кипене. В стопилката на такива соли няма йони и те, подобно на кристалите, са изградени от неутрални молекули (въпреки че може да има йонни връзки вътре в последните). Оттук - големите моларни обеми на тези соли при температурата на топене и липсата на електропроводимост на съответните стопилки.
Флуоридите на метали от групи I, II и III се характеризират като правило с повишени точки на топене и кипене в сравнение със съответните хлориди. Това се дължи на по-малкия радиус на F + аниона (1,33 A) в сравнение с радиуса на Cl + аниона (1,81 A) и съответно на по-ниската склонност на флуорните йони към поляризация и следователно образуването на силни йонни кристални решетки от тези флуориди.
Диаграмите на топене (фазови диаграми) на солните системи са от голямо значение за избора на благоприятни условия за електролиза. По този начин, в случай на използване на стопени соли като електролити при електролитното производство на метали, обикновено е необходимо преди всичко да има относително нискотопими солни сплави, които осигуряват достатъчно ниска температура на електролиза и по-малко потребление на електрическа енергия за поддържане на електролита в разтопено състояние.
Въпреки това, при определени съотношения на компонентите в солните системи могат да възникнат химически съединения с повишени точки на топене, но с други благоприятни свойства (например способността да се разтварят оксидите в разтопено състояние по-лесно от отделните стопени соли и др.).
Проучванията показват, че когато имаме работа със системи от две или повече соли (или соли и оксиди), могат да възникнат взаимодействия между компонентите на тези системи, водещи (в зависимост от силата на такова взаимодействие) до образуването на топимост или евтектика, фиксирана върху диаграмите или областите на твърди разтвори, или неконгруентно (с разлагане), или конгруентно (без разлагане) на топящите се химически съединения. Високата подреденост на структурата на материята в съответните точки от състава на системата, поради тези взаимодействия, се запазва в една или друга степен в стопилката, т.е. над линията на ликвидус.
Следователно системите (смеси) от стопени соли често са по-сложни по структура от отделните стопени соли и в общия случай структурните компоненти на смесите от стопени соли могат едновременно да бъдат прости йони, сложни йони и дори неутрални молекули, особено когато съответните соли в кристалните решетки има известно количество молекулярна връзка.
Като пример разгледайте ефекта на катиони на алкални метали върху топимостта на системата MeCl-MgCl2 (където Me е алкален метал на фиг. 1), която се характеризира с линии на ликвидус в съответните фазови диаграми. Фигурата показва, че с увеличаването на радиуса на хлоридния катион на алкален метал от Li + до Cs + (от 0,78 A до 1,65 A, съответно), диаграмата на синтез става все по-сложна: в системата LiC-MgCl2 компонентите образуват твърди разтвори; има евтектичен минимум в системата NaCl-MgCl2; в системата KCl-MgCl2 в твърдата фаза се образува едно конгруентно топящо се съединение KCl * MgCl2 и евентуално едно неконгруентно топящо се съединение 2KCl * MgCl2; в системата RbCl-MgCl2 вече има два максимума на диаграмата на топене, които съответстват на образуването на две конгруентно топящи се съединения; RbCl * MgCl2 и 2RbCl * MgCla; накрая, в системата CsCl-MgClg се образуват три конгруентно топящи се химически съединения; CsCl * MgCl2, 2CsCl * MgCl2 и SCsCl * MgCl2, както и едно неконгруентно топящо се съединение CsCl * SMgCl2. В системата LiCl-MgCb йоните на Li и Mg взаимодействат приблизително в еднаква степен с хлорните йони и следователно съответните стопилки са близки по структура до най-простите разтвори, поради което диаграмата на плавимост на тази система се характеризира с наличието на твърди разтвори в него. В системата NaCi-MgCl2, поради увеличаване на радиуса на натриевия катион, има известно отслабване на връзката между натриевите и хлорните йони и съответно увеличаване на взаимодействието между Mg2 + и Cl- йони, но не води обаче до появата на сложни йони в стопилката. Полученото малко по-голямо подреждане на стопилката предизвиква появата на евтектика на диаграмата на топене на системата NaCl-MgCl2. Нарастващото отслабване на връзката между йоните K + и C1-, поради още по-големия радиус на калиевия катион, предизвиква такова увеличаване на взаимодействието между йоните и Cl-, което води до топенето на KCl-MgCl2 диаграмата показва, до образуването на стабилно химично съединение KMgCl3, а в стопилката - до появата на съответните комплексни аниони (MgCl3-). По-нататъшно увеличаване на радиусите Rb + (1,49 A) ​​и Cs + (1,65 A) причинява още по-голямо отслабване на връзката между Rb и Cl- йоните, от една страна, и Cs + и Cl- йоните , от друга страна, което води до по-нататъшно усложняване на диаграмата на плавимост на системата RbCl-MgCb в сравнение с диаграмата на топимост на системата KCl-MgCb и в още по-голяма степен - до усложняване на диаграмата на топимост на CsCl -MgCl2 система.

Подобно е положението и в системите MeF-AlF3, където в случая на системата LiF - AlF3 диаграмата на топене показва едно конгруентно топящо се химично съединение SLiF-AlFs, а диаграмата на топене на системата NaF-AIF3 показва едно конгруентно и едно неконгруентно топящо се химическо съединение; 3NaF * AlFa и 5NaF * AlF3, съответно. Поради факта, че образуването в солевата фаза по време на кристализация на едно или друго химично съединение също се отразява в структурата на тази стопилка (по-голямо подреждане, свързано с появата на сложни йони), това причинява съответна промяна, в допълнение към топимост , и други физични и химични свойства, които се променят рязко (не се подчиняват на правилото за адитивност) за съставите на смеси от разтопени соли, съответстващи на образуването на химични съединения съгласно диаграмата на топене.
Следователно има съответствие между диаграмите състав - свойства в солните системи, което се изразява във факта, че когато химично съединение е отбелязано на диаграмата на топене на системата, стопилката, съответстваща на него по състав, се характеризира с максимална кристализация температура, максимална плътност, максимален вискозитет, минимална електрическа проводимост и минимална еластична двойка.
Подобно съответствие в промяната на физикохимичните свойства на смеси от стопени соли на местата, съответстващи на образуването на химични съединения, записани на диаграмите на топене, обаче не е свързано с появата на неутрални молекули на тези съединения в стопилката, т.к. е прието по-рано, но се дължи на по-високата подреденост на структурата на съответната стопилка, по-висока плътност на опаковане. Оттук - рязко повишаване на температурата на кристализация и плътността на такава стопилка. Присъствието в такова стопяване в най-голямото числоголеми сложни йони (съответстващи на образуването на определени химични съединения в твърдата фаза) също води до рязко увеличаване на вискозитета на стопилката поради появата на обемни комплексни аниони в нея и до намаляване на електропроводимостта на стопилката поради намаляване на броя на токоносителите (поради комбинирането на прости йони в сложни йони).
На фиг. 2, като пример е направено сравнение на диаграма състав - свойства на стопилките на системите NaF-AlF3 и Na3AlF6-Al2O3, където в първия случай диаграмата на плавимост се характеризира с наличието на химично съединение, а във втория - чрез евтектика. В съответствие с това кривите на изменението на физикохимичните свойства на стопилките в зависимост от състава в първия случай имат екстремни стойности (максимуми и минимуми), а във втория съответните криви се променят монотонно.

04.03.2020

Добив на дърва за огрев, рязане на клони и клонки, строителни работи, градинарство - всичко това е обхватът на приложения на моторния трион. Връзка...

04.03.2020

Механизмът за повдигане и транспортиране на операции с помощта на теглително усилие се нарича лебедка. Тягата се предава с помощта на въже, кабел или верига върху барабана.

03.03.2020

Искате банята и тоалетната в апартамента да имат представителен вид? За да направите това, на първо място, е необходимо да скриете комуникациите (водоснабдяване и канализация ...

03.03.2020

Като художествен стил барокът възниква в края на 16 век в Италия. Името идва от италианското "barocco", което се превежда като причудлива черупка ...

02.03.2020

Нивото на строителните работи се определя от професионализма на майсторите, спазването на технологичните процеси и качеството на вложените материали и консумативи. Промяната...

Основната идея на целия проект е да се осигури непрекъснатост на доставките на енергия, генерирана от алтернативни източници, предимно вятър и слънце.

Холдингът Alphabet, от който Google е част, има подразделение „X“, което се занимава с проекти, които изглеждат като чиста фантазия. Един от тези проекти сега е на път да бъде реализиран. Той се нарича Project Malta и Бил Гейтс ще участва в него. Вярно, не директно, а чрез своя фонд Breakthrough Energy Ventures. Предвижда се да се отпуснат около 1 милиард долара.

Все още не е ясно кога точно ще бъдат отпуснати средствата, но намеренията на всички партньори са повече от сериозни. Идеята за съоръжение за съхранение на енергия, част от което е резервоар от разтопена сол, а част от охладена охлаждаща течност, принадлежи на учения Робърт Лафлин. Той е професор по физика и приложна физика в Станфордския университет, а Лафлин получава Нобелова награда по физика през 1998 г.

Основната идея на целия проект е да се осигури непрекъснатост на доставките на енергия, генерирана от алтернативни източници, предимно вятър и слънце. Да, разбира се, има различни видове акумулаторни системи, които ви позволяват да съхранявате енергия през деня и да я раздавате през нощта или през периоди от време, които са проблематични за алтернативни източници (облачност, спокойствие и т.н.). Но те могат да съхраняват сравнително малко количество енергия. Ако говорим за мащаба на град, регион или държава, тогава няма такива батерии.

Но те могат да бъдат създадени по идеята на Лафлин. Той включва следните структурни елементи:

• Източник на зелена енергия като вятърна или слънчева електроцентрала, която пренася енергия към съоръжение за съхранение.
• Освен това електрическата енергия задвижва термопомпата, електричеството се превръща в топлина и се образуват две области - гореща и охладена.
• Топлината се съхранява под формата на разтопена сол, освен това има "студен резервоар", това е силно охладен топлоносител (като пример).
• Когато е необходима енергия, "топлинният двигател" (система, която може да наречете анти-термопомпа) се стартира и електричеството се генерира отново.
• Необходимото количество енергия се изпраща към общата мрежа.

Технологичният патент вече е получен от Laughlin, така че сега става въпрос само за технология и финансиране. Самият проект може да бъде реализиран например в Калифорния. Тук бяха „загубени“ около 300 000 kWh енергия, генерирана от вятърни и слънчеви електроцентрали. Факт е, че толкова много от него е произведено, че не е възможно да се запази целият обем. И това е достатъчно, за да снабди повече от 10 000 домакинства с енергия.

Подобна ситуация се е развила и в Германия, където през 2015 г. са загубени 4% от "вятърната" електроенергия. В Китай тази цифра като цяло е надхвърлила 17%.

За съжаление представители на "Х" не казват нищо за възможната цена на проекта. Може да се окаже, че при правилно прилагане, съхранение на енергия със сол и охладена течност ще струва по-малко от традиционните литиеви батерии. Въпреки това сега цената на литиево-йонните батерии намалява, а цената на "мръсната" енергия се поддържа на приблизително същото ниво. Така че, ако инициаторите на проекта в Малта искат да се конкурират с традиционните решения, те трябва да постигнат значително намаляване на цената на киловат в своята система.

Както и да е, изпълнението на проекта е точно зад ъгъла, така че скоро ще можем да разберем всички необходими подробности. публикувани от Ако имате въпроси по тази тема, попитайте експертите и читателите на нашия проект.