Наименее затратным методом является использование водохранилищ гидроэлектростанций в качестве «батарей»: т. Е. Вырабатывать электроэнергию из накопленной воды, когда электричество не хватает, и впоследствии перекачивать воду обратно в гору, когда имеется избыток возобновляемой энергии. Однако это практическое решение только в горных регионах, например, в Норвегии и некоторых других странах.Что, если менее удачливые страны и регионы могли бы использовать воздух вместо воды в качестве способа хранения энергии?
Под эгидой Европейского Союза ученые со всей Европы пытаются превратить эту концепцию в жизнеспособную перспективу с помощью исследовательского проекта (RICAS 2020), участником которого является SINTEF. Участники проекта имеют в виду все части мира, где запечатанные заброшенные пещеры можно было бы использовать в качестве хранилищ.Как горячий насос велосипедной шиныОбщий принцип, который уже был принят на нескольких объектах по всему миру, по существу заключается в использовании излишков электроэнергии для сжатия воздуха, который затем хранится в подземной пещере.
Когда требуется подача электроэнергии, воздух выпускается через газовую турбину, которая вырабатывает электричество. Существующие электростанции этого типа часто используются для удовлетворения пикового спроса в качестве дополнения к классическим электростанциям, обеспечивая необходимое количество электроэнергии в разное время в течение дня.
Физика, регулирующая хранение энергии в виде сжатого воздуха, является результатом закона природы, знакомого каждому пользователю велосипедного насоса: процесс сжатия воздуха нагревает его. Велосипедные насосы сжимают воздух, чтобы увеличить давление в шинах, и тем самым нагревают насос.«Чем больше тепла сжатия удерживает воздух, когда он выходит из хранилища, тем больше работы он может выполнять, проходя через газовую турбину. И мы думаем, что сможем сохранить больше этого тепла, чем современные технологии хранения могут, таким образом, повысить чистую эффективность хранилищ », — говорит Джованни Перилло, руководитель проекта по участию SINTEF в RICAS 2020.
Подземные пещеры как аккумуляторы теплаДва крупнейших склада сжатого воздуха в мире находятся в Германии и США. Это подземные камеры, созданные в соляных образованиях.
Но эти установки теряют значительную часть потенциальной энергии сжатого воздуха, потому что они не имеют системы для хранения тепла, выделяемого на стадии сжатия воздуха.У участников RICAS 2020 есть рецепт снижения этих потерь в будущих подземных хранилищах.
В основе рецепта лежит дополнительная станция, которую они включили в свое решение.Спускаясь в подземную пещеру, горячий сжатый воздух проходит через отдельную пещеру, заполненную щебнем.
Горячий воздух нагревает камень, который сохраняет большую часть тепла.Холодный воздух хранится в главной пещере.
Когда воздух впоследствии возвращается через щебень, чтобы использовать его для выработки электроэнергии, поток воздуха повторно нагревается камнями.Затем горячий воздух расширяется за счет турбины, вырабатывающей электричество.Дешевле батарей
Менеджер проекта SINTEF объясняет, что, по оценкам, эта технология может повысить эффективность системы до 70-80%. Соответствующие цифры для большинства существующих хранилищ не лучше, чем от 45 до 55 процентов, что означает, что произведенная энергия составляет лишь половину того, что первоначально использовалось для сжатия воздуха в пещере.«Проект основан на убеждении, что наше решение будет предлагать лучшее хранилище энергии, чем батареи, благодаря более длительному сроку службы и более низким капитальным затратам на киловатт-час хранимой энергии. Мы также ожидаем, что его можно будет использовать практически независимо от типа доступной геологической формации », — говорит Перилло.
Заброшенные пещеры — это то, что нужноПо словам Перилло, есть только одно требование относительно выбора места. Большие пустоты уже должны существовать, так как было бы слишком дорого выкопать новые пещеры и сделать их безопасными.
Поэтому участники проекта предполагают, что существующие вышедшие из употребления подземные пространства могут быть вновь открыты для размещения сжатого воздуха.«Мы рассматриваем вышедшие из употребления туннели и шахты как потенциальные хранилища, и в Норвегии их предостаточно», — говорит Перилло.Мембрана для герметизации стен пещеры
Исследователь SINTEF сам является материаловедом. В этом проекте ЕС он отвечает за исследования и разработки SINTEF в отношении герметизирующей мембраны, которая будет необходима для сохранения герметичности хранилищ сжатого воздуха в буквальном смысле слова.Ученые SINTEF также делятся своим опытом в области подземных технологий, делая расчеты, которые гарантируют, что их решения, включая герметизирующие материалы, будут способны выдерживать давление, которому они будут подвергаться.В рамках проекта будет разработан набор технических спецификаций и подробный анализ затрат.
Будет ли создана пилотная установка, будет зависеть от результатов этих исследований.«Если окажется, что наше решение работает хорошо, появятся новые захватывающие возможности не только для самого накопления энергии, но и для промышленного применения сжатого воздуха», — говорит Перилло.
Многие предыдущие планы заброшеныСреди альпийских ландшафтов на юге Германии доктор Маттиас Финкенрат, профессор инженерной энергетики Кемптенского университета прикладных наук в Баварии, в течение многих лет исследовал использование сжатого воздуха для хранения энергии.
Он объясняет, что низкая энергоэффективность снизила интерес к тем немногим установкам, которые уже работают, и что за последние 15 лет было вложено много денег в разработку более энергоэффективных версий сжатого воздуха. концепция хранения энергии.Однако, по словам профессора, сочетание серьезных технологических проблем, низких цен на энергию и неопределенности на энергетическом рынке послужило «препятствием», что привело к тому, что все планы по созданию крупномасштабных демонстрационных установок были отложены или заброшены. Поэтому ничто не доставит профессору большего удовольствия, чем то, что проект ЕС достигает своих целей.Считает, что хранение горячей энергии может привести к прорыву«Хранилища сжатого воздуха, к которым нацелен этот проект, могут обеспечить значительно более низкие затраты и значительно увеличить емкость по сравнению, например, с батареями.
Если этот проект приведет к созданию хранилищ в широком диапазоне геологических условий, это само по себе будет важным шагом вперед.«Если партнеры по проекту также добьются успеха в своих планах по эффективному хранению тепла, использование сжатого воздуха для хранения энергии может оказаться на грани прорыва», — говорит профессор Финкенрат.