Новая концепция системы хранения возобновляемых источников энергии – «солнце в коробке».

Инженеры MIT разработали новый проект, с помощью которого можно будет хранить возобновляемые источники энергии, такие как энергия солнца или ветра. Такая система поможет обеспечить бесперебойное электропитание даже небольшого города, независимо от наличия солнечных лучей или ветра. Данный доклад был опубликован в журнале «Энергетика и экология».

Концепция заключается в том, что в этом случае хранение солнечной и ветровой энергии происходит в специальных больших резервуарах из расплавленного кремния в виде тепла, а по требованию оно преобразуется обратно в электричество.

Согласно проведенной оценке, такая система будет значительно более доступной по стоимости, нежели литий-ионные батареи, с помощью которых сегодня хранят энергию от неисчерпаемых источников.

Основные принципы работы

Новая способ хранения изначально был связан с проектом, основной задачей которого была цель найти способ повысить эффективность одной из форм возобновляемой энергии – концентрированной солнечной энергии. Обычные гелиоустановки применяют фотоэлектрические панели для преобразования света в электричество. В случае с концентрированной УФ энергией, необходимо наличие больших зеркальный полей, которые собирают солнечный свет на центральной башне. Здесь свет превращается в тепло, а из него – в электричество.

Интерес к фокусировке света оправдан тем, что хранить тепло в результате получается намного дешевле, нежели хранить электричество с помощью аккумуляторных батарей.

Согласно проекту, концентрированные солнечные электростанции сохраняют тепловую энергию с использованием больших резервуаров. Эти ёмкости заполняются расплавленной солью, нагретой до очень высоких температур (около 1000 градусов по Фаренгейту). Когда возникает потребность в электричестве, горячая соль пропускается через теплообменник и преобразовывает тепло соли в пар. Специальная турбина превращает пар в электричество.

Данная технология была разработана некоторое время назад, однако её стоимость никогда не будет настолько низкой, чтобы соперничать с использованием природного газа. Это послужило стимулом для группы ученых, чтобы работать дальше. В частности, они начали проводить опыты с более высокими температурами, используя эффективный тепловой двигатель, чтобы получить снижение стоимости.

В результате проделанной работы выяснилось, что слишком нагретая соль попросту разъедает емкости для хранения из нержавеющей стали. Поэтому исследовательская группа принялась искать другую среду, которая могла бы эффективно хранить тепло при гораздо более высоких температурах.

Ученые пробовали работать с жидким металлом, однако остановили свой выбор на кремнии. Ото один из самых распространенных металлов на планете Земля, обладающий способностью выдерживать действительно высокие температуры – более 4000 градусов по Фаренгейту.

В прошлом году команда разработала насос, которые может выдерживать такую температуру и использоваться для перекачки жидкого кремния через систему хранения. Такая термостойкость агрегата была признана максимальной на сегодняшний день и занесена в книгу рекордов Гиннеса.

Солнце в коробке

Теперь ученые изложили свою идею новой системы хранения неисчерпаемых источников энергии. Название системы - TEGS-MPV, многоконтактная фотогальваника.

В данном случае нет необходимости использовать поля зеркал и башню в центре поля для сбора тепла. Ученые предлагают преобразовывать электроэнергию от солнечных и ветровых возобновляемых источников в тепловую путем джоулева нагрева, когда электрический ток проходит через нагревательный элемент.

Система может быть сопряжена с уже существующими возобновляемыми источниками электроэнергии, например, солнечными электростанциями. При этом, избыточное электричество будет храниться в такой ёмкости до последующего использования.

Например, для небольшого города, которое частично запитывается от солнечной энергетики, понадобится полностью изолированный 10-тиметровый резервуар. Материалом его изготовления выступает графит, а внутри он заполнен жидким кремнием, способным выдерживать при «холодной» температуре по 3500 градусов по Фаренгейту. С помощью системы трубок, этот холодный резервуар соединяется со второй «горячей» ёмкостью. Электричество от солнечных элементов поступает в систему и преобразовывается с помощью нагревательных элементов в тепло.

Жидкий кремний откачивается из «холодной» ёмкости и подвергается нагреву нагревательными элементами в процессе прохождения через систему трубок. Попадая в «горячую» ёмкость, тепловая энергия хранится при высоких температурах, составляющих более 4000 С по Фаренгейту.

Когда возникает потребность в электричестве, например, после захода солнца, очень горячий, светящийся жидкий кремний поступает в специальные фотоэлектрические приборы, которые превращают тепло в электричество для дальнейшей подачи к потребителям. Охлажденный кремний, в свою очередь, закачивается обратно в «холодный» резервуар и цикл продолжается. Исследователи между собой называют данный проект «солнцем в коробке».

Вопросы хранения

Актуальный вопрос – хранение энергии, так как в данном случае требуется максимально изолированная и крепкая ёмкость, чтобы безопасно сохранять расплавленную жидкость внутри. При этом, снаружи контейнера температура должна сохраняться в комфортных пределах.

Один из предложенных вариантов – контейнеры из графита. Однако, существовало опасения, что при таких высоких температурах, графит начнет вступать в реакцию с Si до получения карбида кремния, что может привести к разъеданию стенок.

Для проверки версии, был изготовлен тестовый вариант миниатюрного графитового резервуара. Его наполнили жидким силициумом и нагрели до сверхвысоких температур. Результаты показали, что после того, как жидкость подогрели до 3600 F и продержали на таком уровне около 1 часа, карбид кремния, вместо того, чтобы начать разъедать стенки ёмкости, начал образовывать тонкий защитный слой, прилипая к графиту и не давая распространяться процессу дальше.  

Также ученые продемонстрировали возможность полностью герметичного хранения, исключив возможность утечек. Предполагается, что такие системы консервации позволят запитывать небольшой город около 100 000 домов полностью от возобновляемых источников энергии. К тому же, подобные конструкции можно размещать где угодно, независимо от ландшафта и местоположения.

Из наших рекомендаций: на нашем сайте Вы всегда можете выбрать и купить электростанцию с установкой в Украине,  мы также поможем в  вопросах консультаций, обращайтесь.