Мен ак кагаздарды жана атайын баракчаларды окууга өтө көп саат жумшадымэнергия сактоо. Мына мен муну түшүндүм: бардык пейзаж көпчүлүк макалаларда айтылгандай кылдат жана кызыктуураак.
Батареялар жөнүндө баары сүйлөшөт. Адилеттүү{1}}алар азыр бардык жерде. Бирок энергия сактоо? Бул бир топ чоң сүйлөшүү. Биз тоолордун чокуларында отурган чоң көлөмдөгү суу сактагычтардан баштап вакуумдук камераларда металлдын ийилүүсүнө чейин бардыгы жөнүндө айтып жатабыз. Бул технологиялардын айрымдары чоң ата, чоң энеңиз-кичинекей кезинен бери эле бар. Башкалары көбүнчө лабораторияларда жана PowerPoint презентацияларында бар.
Мен сага ал жакта эмне бар экенин көрсөтүп берейин.
Эч ким айтпаган эски жумушчу ат
Насостук гидросклад. Кызыксыз угулат, туурабы? Ар кайсы бийиктиктеги эки резервуар, кээ бир турбиналар, суу өйдө-ылдый аккан. Жөнөкөй физика.
Бирок бул жерде-бул "тажатма" технология дүйнө жүзү боюнча бардык электр тармактарынын-масштабында сакталган энергиянын болжол менен 95% иштетет. токсон-беш пайыз. Адамдар аккумулятордун химиясын талашып, литий менен натрий жөнүндө талашып-тартышып жатканда, насостолгон гидро жөн гана фонунда өз ишин аткарат.
Концепция дээрлик уятсыз жөнөкөй. Электр энергиясы арзан болгондо (көбүнчө түнкүсүн же күн ачык болуп, күн батареялары кыймылдаганда) суу сактагычка сууну өйдө айдайсыз. Баалар көтөрүлгөндө же суроо-талап өскөндө, сиз ошол суунун турбиналар аркылуу кайра агып чыгышына жол бересиз. Натыйжалуулук болжол менен 70{5}}85% түзөт, бул идеалдуу эмес, бирок сактоо сыйымдуулугу чоң. Биз гигаватт-саат энергияны сактай турган жайлар жөнүндө айтып жатабыз. мегаватт-саат эмес. гигаватт-саат. Муну литий-ион менен жасап көрүңүз.
Албетте, бир нерсе бар. Сизге география керек. Сизге эки суу сактагыч керек. Сиз туура бийиктик айырмасы керек. Канзаста булардын бирин так кура албайсыз. Бир гана экологиялык уруксат берүү жылдарды талап кылат. Жана баштапкы чыгымдар? Астрономиялык. Бирок алар курулгандан кийин бул заводдор 50, 60, кээде 80 жыл иштейт. Вирджиния штатындагы Бат округундагы мекеме 1985-жылдан бери иштеп жатат жана эч кандай токтоп калганын көрсөткөн жок.
Кысылган аба: жер астындагы мамиле
Кысылган аба энергия сактоочу жай (CAES) насостук гидронун кызыктай тууганы болуп саналат. Сууну жылдыруунун ордуна, сиз абаны жер астындагы үңкүрлөргө,{1}}туз күмбөздөрүнө, азайып кеткен жаратылыш газ кендерине, суулуу горизонтторго, кандай геологиялык түзүлүштөр болбосун, кысып жатасыз.
Өнүккөн убакта{0}} электр компрессорлору абаны бул жер астындагы мейкиндиктерге түртүп, кулактарыңызды алар жөнүндө ойлонууга мажбурлайт. Сизге кубат керек болгондо, кысылган аба бөлүнүп чыгат, ысыйт (көбүнчө жаратылыш газы менен,-анчалык{3}}жашыл эмес бөлүгү) жана турбиналар аркылуу өтөт.
Учурда эки гана коммерциялык CAES заводу иштеп жатат. Эки. Бири Германияда 1978-жылдан бери, экинчиси Алабамада 1991-жылдан бери иштейт. Технология так иштейт. Бирок геологиялык талаптар катуу, ал эми экономика көп жерлерде карала элек. Ошентсе да, изилдөөчүлөр табигый газга болгон муктаждыкты жок кылып, кысуудан жылуулукту кармап, кайра колдонгон адиабаттык системалардын- өркүндөтүлгөн версияларынын үстүндө иштөөнү улантууда. Булар азырынча пилоттук долбоорлордо бар.
Flywheels: Таза механикалык сулуулук
Мойнума алам,{0}}маховик менин эң жакшы көргөн нерсем. Энергияны айлануу кыймылы катары сактоонун кооз нерсеси бар.
Маховик системасы негизинен сүрүлүүнү азайтуу үчүн магниттик подшипниктер менен илинген вакуумдук камерада айланган оор ротор. Ашыкча электр энергиясы болгондо моторлор маховикти ылдамыраак айлантат. Сизге кайра күч керек болгондо, ошол айлануучу масса генераторду иштетет. Физика таза, интуитивдик.
Маховиктер батарейкалар жек көргөн нерселерде мыкты: тез заряддоо-разряддоо циклдери, алардын иштөө мөөнөтүндөгү миллиондогон циклдер, миллисекунд менен өлчөнгөн заматта жооп берүү убакыттары. Алар жыштыкты жөнгө салуу- үчүн эң сонун, ошол кичинекей, туруктуу жөнгө салуулар тармак так 60 Гц (же жашаган жериңизге жараша 50 Гц) туруктуу болушу керек.
Алар эмнеде жакшы эмес? Узак мөөнөткө энергияны сактоо. Мыкты магниттик подшипниктер жана-жакынкы вакуумдар менен маховиктер убакыттын өтүшү менен сүрүлүү үчүн энергиясын жоготот. Бир күн отура бериңиз, ошондо сиз сакталган энергияңыздын олуттуу бөлүгүн жоготуңуз. Аны бир жумага калтырып, убара болбоңуз.
Ошентип, маховиктер белгилүү бир орунду ээлейт: кыска{0}}узактык, жогорку-кубаттуу колдонмолор. Маалымат борборлору аларды дизелдик генераторлорду ишке киргизүү үчүн бир нече секунд талап кылынган көпүрө кубаты катары колдонушат. Кээ бир транзиттик системалар тормоздук энергияны маховиктерге калыбына келтирип, секунданын ичинде үчүнчү рельске кайра чыгарат. НАСА алар менен космостук кемелер үчүн ойногон.
Батареялар: Ар бир адам чындыгында кам көрүүчү категория
Макул, батареялар жөнүндө сүйлөшөлү. электрохимиялык параметрлери акыркы жылдары жарылып, чынын айтсам, бул чаташтырып алат.
Литий-ионжүйөлүү себептер менен сүйлөшүүдө үстөмдүк кылат. Жогорку энергия тыгыздыгы азыраак мейкиндикте көбүрөөк сактоону билдирет. Татыктуу цикл өмүрү, өзгөчө жаңы химиялар менен. Чыгымдар -2010-жылдан бери 90% га төмөндөгөн сыяктуу төмөндөдү. Телефонуңуз, ноутбукуңуз, электр унааларыңыз жана барган сайын торчо сактагычыңыз литий-ионунун вариациялары менен иштейт.
Бирок "литий-ион" бир нерсе эмес. Бул үй-бүлө. Литий темир фосфаты (LFP) жакшыраак коопсуздук жана узак өмүр-кобальт жок болушу үчүн энергиянын бир аз тыгыздыгын жоготот, бул этикалык жактан да, экономикалык жактан да маанилүү. Кытай өндүрүүчүлөрү LFP боюнча-баарын киришти, эми аны колго алууда. Ошол эле учурда, никель-марганец-кобальт (NMC) бир килограммга көбүрөөк энергия топтойт, бул сиз электромобилге ылайыктуу диапазонду берүүгө аракет кылып жатканыңызда маанилүү.
Литий-иондун караңгы тарабы? Термикалык качуу. Бул батарейкалар бузулган, ашыкча заряддалган же жөн эле бактысыз болсо, укмуштуудай күйүп кетиши мүмкүн. Өндүрүш энергияны көп талап кылат-. Литий жана кобальт менен камсыз кылуу чынжырчаларынын өздөрүнүн этикалык жүгү бар. Ал эми кайра иштетүү инфраструктурасы жакшырып жатканына карабастан, көпчүлүк жарактан чыккан батареялар дагы эле таштанды төгүүчү жайларда калат.
Батареялартаптакыр башкача мамиле жасашат. Энергияны катуу электроддордо сактоонун ордуна алар сырткы резервуарларда суюк электролиттерди колдонушат. Көбүрөөк энергия сыйымдуулугун каалайсызбы? Болгону чоңураак танктарды алыңыз. Күч жана энергия ажырап, бүт дизайн философиясын өзгөртөт.
Ванадий редокстук батарейкалар (VRFBs) эң жетилген версия болуп саналат. Алар дээрлик түбөлүккө созулат-биз 15 000ден 20 000ге чейин, балким андан да көп циклди айтып жатабыз. Терең разряддан деградация жок. Электролит эскирбейт; ал клеткалар стекти аркылуу алдыга жана артка жылат. Жыйырма-беш жылдан кийин, сиз электролиттерди агызып, башка жакка жөнөтүп, колдоно берсеңиз болот.
Бирок агымдуу батареялар көлөмдүү. Төмөн энергия тыгыздыгы алар транспорт же көчмө колдонмолор үчүн мааниси жок дегенди билдирет. Ванадий да арзан эмес. Изи маанилүү эмес жана узак мөөнөттүү-масштаб сактагыч үчүнбү? Алар барган сайын жагымдуу.
коргошун{0}}кислотаоригиналдуу кайра заряддалуучу батарейка, негизинен 1859-жылдан бери өзгөргөн эмес. Сиздин унааңыз бирден башталат. Алар арзан,-түшүнүктүү жана 98% кайра иштетүүгө болот. Бирок циклдин жашоосу орточо, энергиянын тыгыздыгы начар жана алар оор. Тор тиркемелери үчүн алар негизинен алмаштырылган, бирок алар дагы эле резервдик энергия тутумдарында үстөмдүк кылышат, мында баасы баарынан маанилүү.
Натрий-ионжаңы келген олуттуу көңүл бурулуп жатат. Натрий бардык жерде-деңиз суусунда-болгондуктан, жеткирүү чынжырына байланыштуу көйгөйлөр негизинен жок болот. Өндүрүш процесси литий{4}}заводунун учурдагы жабдууларын кайра колдоно алат. Өндүрүмдүүлүк азырынча литий-деңгээлинде эмес, бирок ал боштукту тез эле жаап жатат. CATL 2023-жылы массалык өндүрүшүн баштаган. Беш жылдын ичинде натрий-иону стационардык сактоо үчүн рыноктун олуттуу үлүшүн ээлей алат.
мен белгилеш керекникель-кадмий(кадмий уулуу жана ЕБ аны чектеген болсо да, кээ бир өнөр жай колдонмолорунда дагы эле колдонулат),никель-металл гидриди(Приус литийден мурун эсиңиздеби?), жананатрий-күкүрт(2000-жылдары жапон компаниялары катуу аракет кылган жогорку-температура системалары). Бирок бул учурда мен аларды тизмелөө үчүн гана нерселерди тизмектеп жатам. Практикалык чындык литий-ион жана агымдуу батареялар иш-аракет болгон жерде, натрий-иону тез чыгат.
Жылуулук сактоо: батарея катары жылуулук
Бул жерде жетиштүү көңүл бурулбаган категория: энергияны жылуулук (же муздак) катары сактоо.
Эритилген туз сактооконцентрацияланган күн электр станциялары түнкүсүн кантип иштейт. Күзгүлөр күндүн нурун мунарага буруп, эриген тузду 500-600 градуска чейин ысытат. Ал туз изоляцияланган резервуарларда сакталат жана электр энергиясы керек болгондо аны буу жасап, турбинаны иштетүү үчүн колдоносуз. Испаниядагы Gemasolar станциясы күн баткандан кийин 15 саат бою электр энергиясын өндүрө алат. Невададагы Crescent Dunes 10 сааттык генерация үчүн жетиштүү жылуулукту кармап турат.
Эриген туздун эң сонун жагы - жылуулукту сактоо арзан. Батареяларга караганда кВт/саат арзаныраак. -Кызык эмес нерсе, -кыдыруунун натыйжалуулугу- жылуулуктан электр энергиясына жана кайра кайра өткөрүүдө көп нерсени жоготосуз.
Муз сактоочу жайубакыттын-жылышынын термикалык эквиваленти. Коммерциялык имараттар электр энергиясы төмөн болгондо түнү бою сууну тоңдурат, андан кийин ал музду кондиционер менен камсыз кылуу үчүн колдонушат. Бул гламурдуу эмес, бирок ал иштейт. Disney World аны колдонот. Ысык климаттагы көптөгөн кеңсе имараттары аны колдонушат. Сиз музду талапты муздатуу үчүн батарейка катары колдонуп жатасыз.
Ошондой эле жаңы түшүнүктөр бар:Carnot батареяларыэлектр энергиясын жылуулук катары сактап, аны жылуулук кыймылдаткычтарынын жардамы менен кайра айландыруучу-электр жылытуучу резервуарлар, бүтүндөй кварталдар үчүн сезондук жылуулук кампалары. Жылуулук ааламы таң калыштуу терең.
Суутек: Wildcard
Суутек энергиясын сактоонун жалындуу жактоочулары жана катаал сынчылары бар жана чынын айтсам, экөөнүн тең жарактуу пункттары бар.
Даттануу жөнөкөй: сууну суутек менен кычкылтекке (электролиз) бөлүү үчүн ашыкча кайра жаралуучу электр энергиясын колдонуңуз. Суутек сактоо. Электр кубаты керек болгондо, аны күйүүчү май клеткасынан өткөрүңүз же турбинада күйгүзүңүз. Суутек чоң көлөмдөгү энергияны өтө узак убакытка-апталарга, айларга, жада калса мезгилдерге чейин сактай алат.
Сын да жөнөкөй: сапардын натыйжалуулугу коркунучтуу-. Сиз электролизде 30% жоготосуз. Сиз кысуу же суюлтууда көбүрөөк жоготосуз. Кайра электр энергиясына айландыруу менен көбүрөөк жоготосуз. Баштапкы энергияңыздын 30-40%ын-аягына-кайтып аласыз. Литий-ион үчүн 85-90% менен салыштырыңыз.
Демек, суутек качан мааниси бар? Узак мөөнөткө чындап эле чоң көлөмдөгү энергияны сактоо керек болгондо. Жогорку жылуулукту талап кылган өнөр жай процесстерин декарбонизациялоодо. Узак аралыкка ташыла турган энергия алып жүрүүчү керек болгондо. Башка варианттар түзмө-түз ишти аткара албаганда.
Германия суутекке чоң салым кошту. Япония да ошондой. Австралия жашыл суутекти Азияга жеткирүү үчүн экспорттук инфраструктураны куруп жатат. Бул коюмдун өзүн актай алабы, батарейкалар жакшыргандан- жана батарейкалар тез жакшырып жатканына караганда, чыгымдар тезирээк азайышынан көз каранды.
Ультра-Кыска-Узактык
Суперконденсаторлорэнергияны электрохимиялык эмес, электростатикалык түрдө сактоо. Алар дээрлик бир заматта кубаттап, кубаттап, миллиондогон циклдерди башкарып, күлкүлүү кубаттуулукту камсыздай алышат. Алар жасай албаган нерсе - көп энергияны топтоо. Жүк ташуучу контейнердин көлөмүндөгү суперконденсатор банкы чемодандын өлчөмүндөгү батарея пакетин сактай алат.
Алардын эң сонун жери – бул өтө кыска мөөнөттөр: транзиттик системалардагы регенеративдик тормоздоо, кайра жаралуучу орнотмолордо электр кубатын жеткирүү, батарейкаларды алганга чейин UPSке керек болгон энергиянын бөлүү-секундасын камсыз кылуу.
Өтө өткөргүч магниттик энергияны сактоо(SMES) дагы экзотикалык. Энергияны криогендик температурага чейин муздатылган супер өткөргүч катушкалар жараткан магнит талаасында сактаңыз. Дароо-жооп, деградация жок, негизинен чексиз цикл. Бирок өтө өткөргүчтүк температураларды кармоонун чыгымдары жана татаалдыгы SMESди нишелик колдонмолордо-негизинен чыңалуунун бир аз төмөндөшү миллиондогон чыгымга учураган жарым өткөргүч заводдор жана башка объекттер үчүн кубаттуулукту сактап калды.
Гравитацияны сактоо: жаңы эски идея
Дагы бир айта кетүүчү категория: гравитациялык{0}}негизделген, суу сордурулбаган системалар.
Energy Vaultмассивдуу бетон блокторун жыйноочу жана чечуучу кран системаларын курат. Энергия арзан болгондо блокторду көтөрүңүз, кубат керек болгондо генераторлор аркылуу түшүрүңүз. Негизинен суусу жок суу менен айдалат.
Башка компаниялар кароосуз калган шахталарды изилдеп жатышат-салмакты валдан ылдый түшүрүп, кайра көтөрүшөт. Же атайын-курулган мунаралар. Же эңкейиш жолдордо таштар жүктөлгөн вагондорго байланыштуу түшүнүктөр.
Калыстар тобу булар экономикалык жактан атаандаша алабы же жокпу деген маселени чече элек. Тартылуу сактагычынын энергия тыгыздыгы табиятынан төмөн-маңыздуу энергияны сактоо үчүн көп масса жана бийиктик керек. Бирок жактоочулар арзан материалдарды (бетон, шагыл) жана жөнөкөй механиканы колдонуу узак убакытка-боюнча батарейкаларды колдонсо болорун айтышат.
Демек, чынында эмне маанилүү?
Эгер сиз ушул убакка чейин окуган болсоңуз, сизде: кайсы технология жеңет?
Туура эмес суроо.
Энергияны сактоо -баардык рынокту- ээлей албайт. Ар кандай технологиялар узактыгына, жооп берүү убактысына, жайгашкан жерине, чыгымдардын структурасына жана колдонууга жараша ар кандай уячаларга туура келет.
Жыштыкты миллисекунд менен жөнгө салуу керекпи? Flywheels же батареялар. Күн станциясына төрт сааттык резерв керекпи? Литий{1}}ион же агымдуу батареялар. Сезондук кайра жаралуучу ашыкчаны которуу керекпи? Балким, суутек, же география мүмкүнчүлүк берсе насостук гидро. Суроо-талаптын жогорку чегинде имаратты муздатуу керекпи? Муз сактоочу жай.
Келечектеги тармак бир эле сактоо технологиясы менен иштебейт. Ал тез жооп берүү үчүн бир нече технология-суперконденсаторлорду, бир нече мүнөттөн бир нече саатка чейин батарейкаларды, күнүмдүк велосипед менен жүрүү үчүн сордурулган гидро, суутек же жылуулукту узак убакытка катмарлайт. Узактык спектриндеги ар бир уяча ошол конкреттүү колдонмо үчүн эң жакшы экономиканы сунуш кылган технология менен толтурулат.
Кызыктуу бөлүгү, чыгымдар бул категориялардын дээрлик бардыгына түшөт. Литий{1}}иондук батареянын баасы көтөрүлдү. Электролизерлер да ушундай эле үйрөнүү ийри сызыгын ээрчип жатышат. Агым батарейкасын өндүрүү масштабдалууда. Жадакалса насостук гидротехникалык системалар жана жер астындагы суу сактагычтар-жаңылыктарды көрүп жатат.
Он жыл мурун булардын бири да масштабда экономикалык жактан пайдалуу көрүнгөн эмес. Эми? Сактагыч - энергетика секторунун эң ылдам өнүгүп жаткан- сегменти.