Энергию добывают по-разному, и далеко не весь ее объем сразу направляется по сети потребителям. Некоторую долю необходимо сохранять, чтобы использовать в моменты пиковой нагрузки, когда электричества не хватает. Чаще всего для этого используются аккумуляторы, но есть и другие необычные способы.
Сжижение воздуха
Альтернативные источники энергии, такие как ветрогенераторы или солнечные панели, очень экологичны. Однако иногда они вырабатывают избыточное количество электричества, например, в очень ветреный и солнечный дни. «Лишние» мощности можно использовать в моменты, когда нагрузка на сети максимальна, но до этого момента энергию нужно где-то хранить.
Необычный способ для этого придумала британская компания Highview Power, которая первой в мире реализовала технологию жидкостно-воздушного хранения и построила для этого специальные резервуары. Проще говоря, инженеры научились сохранять «лишнее» электричество в «жидком» воздухе.
Как это работает
Процесс можно разделить на три основных этапа:
• Зарядка (сжатие и сжижение)
Когда в сети избыточное количество электричества, его используют для сжатия атмосферного воздуха, который предварительно забирается из атмосферы, очищается от влаги и углекислого газа, а затем сжимается под воздействием очень высокого давления.
Для этого процесса используется как раз избыточная мощность из сети, в результате выделяется тепло.
После этого сжатый воздух быстро охлаждают до температуры -196°C, и он превращается в жидкость.
• Хранение
«Жидкий» воздух хранят в больших хорошо изолированных криогенных резервуарах, похожих на термосы. В таком состоянии он может находиться несколько месяцев. Кроме этого, выделенное при сжатии воздуха тепло также улавливается и сохраняется в специальных термоаккумуляторах.
• Разрядка (испарение и расширение)
Когда сетям нужна дополнительная мощность, «жидкий» воздух перекачивается из резервуаров. Затем с помощью сохраненного в аккумуляторах тепла его нагревают, что резко повышает объем и давление. В итоге расширенный воздух, вновь ставший газом, направляют в турбину, которая вращает генератор, вырабатывающий электричество.
Горячие кирпичи
Если в основе прошлого способа хранения энергии лежали сверхнизкие температуры, то здесь все наоборот. Речь пойдет о сохранении мощностей в огнеупорных кирпичах, которые нагревают до 1800°C. Пионером технологии считается американская частная компания Rondo Energy, которая занимается разработками в этой области.
Как это работает
Технология простая и недорогая, что является ее несомненным преимуществом. Процесс также можно разделить на три этапа:
• Нагрев
Избыточная энергия, полученная из возобновляемых источников, подается на нагревательные элементы, сложенные одним большим массивом — это и есть огнеупорные кирпичи, температура которых может подниматься до 1800°C. По сути, их используют как альтернативу обычным аккумуляторам.
• Хранение
Массив кирпичей находится в условиях эффективной теплоизоляции. Такую конструкцию тоже можно сравнить с гигантским термосом, только если в прошлом способе он использовался для сохранения низких температур, то здесь — для удержания тепла.
Стоит отметить, что, в отличие от литий-ионных или других типов аккумуляторов, огнеупорный кирпич — дешевая и долговечная альтернатива, обладающая высокой теплоемкостью. Эксплуатировать такие кирпичи можно много раз, и свойства не потеряются.
• Отдача тепла
Обычно такой способ хранения энергии используют крупные промышленные предприятия. Когда им необходимы дополнительные мощности, через разогретый массив кирпичей прокачивается воздух, который нагревается до необходимой температуры и подается непосредственно в промышленную печь или котел, таким образом заменяя уголь или природный газ.
В некоторых конфигурациях тепло используется для производства пара, который затем подается в турбину, приводящую в движение генератор — так вырабатывается электричество. Однако коэффициент полезного действия у такого процесса ниже, и чаще горячие кирпичи используют для замены ископаемого топлива в промышленности.
Биобатареи
У этих устройств есть фундаментальные отличия от классических аккумуляторов, главное из которых — хранится не электричество, а химическая энергия в биоматериале. По сути, это преобразователь, а не аккумулятор в привычном смысле. Разработками в этой области занимаются научно-исследовательские институты в крупных странах (США, Китай, Великобритания), а также частные компании (например, американская Cambria Innovation).
Как это работает
Внутри биобатареи электричество генерируется за счет биохимических реакций с участием органических веществ, таких как глюкозе или сахарозе, и микроорганизмов или ферментов. Есть два основных типа таких устройств:
• Ферментативная батарея
Она работает на глюкозе или сахарозе, которые выступают в качестве топлива. Сначала эти компоненты подаются на анод, где происходит окисление вещества, в результате протоны сразу направляются на электролит катода, а электроны двигаются туда же, но по внешней сети.
Тем временем на катоде происходит восстановление, или так называемое замыкание сети, в нем участвуют «пришедшие» туда электроны и протоны. В результате химической реакции образуется ток, а также вода и безвредная глюконовая кислота.
• Микробная батарея
В роли переработчиков топлива тут выступают живые бактерии. Их помещают в анодную камеру, куда подается органическое вещество: отходы сельского хозяйства, сточные воды и другое. В процессе метаболизма бактерии «поедают» такое топливо, и происходит его окисление. Дальше принцип тот же: электроны движутся к катоду по внешней цепи, а протоны двигаются туда напрямую. В итоге на катоде реакция завершается, и вырабатывается электричество.
Главная проблема таких устройств — низкие скорость и эффективность, поскольку на каждом этапе преобразования энергия теряется. Кроме того, необходимы огромные площади. Однако термическая емкость у биобатарей очень большая, а хранить энергию в них можно годами.
Не является индивидуальной инвестиционной рекомендацией | При копировании ссылка обязательна | Нашли ошибку - выделить и нажать Ctrl+Enter | Жалоба