Эффективно ли хранить электрическую энергию в виде тепла?
 Схематическое изображение резервуара, предназначенного для хранения энергии. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Хранение электрической энергии – это одна из основных задач, стоящих перед инженерами, работающими в области адаптации для промышленного и коммерческого использования получаемого из возобновляемых источников электричества. Ведь, как известно, такие источники не способны дать определенный уровень мощности постоянно. Для крупномасштабного хранения энергии обычные электрические аккумуляторы слишком дороги, поэтому на данный момент основные усилия направлены в разработку двух технологий: использования резервуара с водой, расположенного на большой высоте (общим объемом порядка десятков миллионов кубометров), или аналогичного резервуара со сжатым воздухом. К сожалению, достаточное пространство для размещения таких масштабных «аккумуляторов» практически невозможно найти рядом с солнечной или ветровой электростанцией.
В отличие от этих методов, накопление электрической энергии в виде тепла в баке с жидкостью (объемом менее 100 тыс. куб. метров) может быть реализовано практически в любом месте. Принцип действия такого «аккумулятора» проще всего пояснить на примере электрического чайника (кипятящего воду за счет пропускания электрического тока через тепловыделяющие провода), пар от которого используется для вращения газовой турбины, преобразующей тепловую энергию обратно в электричество. Проблема подобных систем заключается в том, что существует теоретический предел эффективности парового двигателя. Даже если вся система идеализирована, в результате можно «восстановить» лишь 20% энергии, затраченной на первоначальное кипячение.
Группа ученых из André Thess of Ilmenau University of Technology (Германия) предложила модифицировать технику, используя промежуточное звено – тепловой насос. В последние годы было предложено уже несколько подобных систем (в которых использовался разный теплоноситель), но прогнозирование их поведения требует ряда сложных расчетов (с большим количеством параметров). Для лучшего понимания идеи аккумулирования энергии за счет тепла при помощи теплового насоса группа немецких ученых разработала упрощенную теоретическую модель системы, характеризующуюся сравнительно небольшим числом параметров.
Результаты анализа модели привели научную группу к очень интересным результатам. В частности, выяснилось, что эффективность даже идеализированных систем существенно зависит от изначальной температуры нагреваемой воды. К примеру, если нагрев происходит от температуры 20 градусов по Цельсию, то эффективность системы будет не выше 38%. Но при 60 градусах эффективность «гидро-хранения» достигнет 80%.
Хотя предложенная система все еще имеет не высокую эффективность, она может оказаться экономически выгоднее, чем упомянутое выше строительство в десятки раз больших резервуаров с газом и жидкостью. Но главным результатом все же следует считать не конструкцию «аккумулятора», а способ его теоретического описания, который в будущем послужит и другим исследователям.
Также по теме:
- Композит из графена и углеродных нанотрубок позволяет запасать энергию
- Ученые из США побили рекорд по эффективности восстановления кислорода
- Ученые нашли катализатор для эффективного производства водорода
- Наночастицы кремния позволяют производить чистый водород
- Оболочка на квантовых точках повышает эффективность солнечных батарей
Источники: