باتری های سنگ حرارتی انقلابی در ذخیره انرژی های تجدید پذیر

در این مطلب از اخبار علمی مجله استار بورس باتری های سنگ حرارتی انقلابی در ذخیره انرژی های تجدید پذیر را قرار دادیم .

باتری های سنگ حرارتی انقلابی در ذخیره انرژی های تجدید پذیر

ذخیره انرژی حرارتی یک جایگزین ارزان است که انرژی را به شکل گرما در مواد مایع یا توده های جامد مانند آب، روغن یا سنگ جمع آوری می کند.

علیرغم پیشرفت چشمگیر در تولید انرژی تجدیدپذیر، ما هنوز نیاز به یافتن راهی با مقیاس پذیری انعطاف پذیر برای ذخیره آن داریم، به ویژه انرژی خورشیدی و بادی، که بسته به شرایط آب و هوایی و نور روز بسیار متفاوت است.

انرژی‌های تجدیدپذیر در استراتژی‌های کربن‌زدایی در بسیاری از کشورها، که به دنبال رسیدن به انتشار کربن صفر تا سال 2050 هستند، در عین حال سه برابر کردن اتکا به منابع انرژی پاک برای دستیابی به اهداف بلندپروازانه خود برای محدود کردن افزایش دمای جهانی و متوقف کردن اثرات نامطلوب تغییرات آب و هوا، اهمیت اساسی دارد. .

با وجود گسترش فناوری‌های انرژی‌های تجدیدپذیر و قیمت پایین آن‌ها، هنوز از یک مشکل اساسی رنج می‌برند و آن اطمینان از در دسترس بودن آنها در تمام ساعات روز و در طول سال است، یعنی زمانی که باد نمی‌وزد یا خورشید نمی‌وزد. تامین نور کافی یا زمانی که سطح آب در سدهای برق آبی کاهش می یابد.

ذخیره انرژی الکتریکی تولید شده از منابع تجدیدپذیر عمدتاً به بسته‌های باتری‌های شیمیایی عظیم بستگی دارد که عمدتاً از فلز لیتیوم ساخته شده‌اند، اما قیمت بالای این باتری‌ها، تأثیر بالقوه زیست‌محیطی آن‌ها در طول چرخه عمرشان از ساخت تا تخریب و دشواری آن. دفع آنها، تعدادی از شرکت‌های امیدوار را بر آن داشته تا به روش‌های بدیع جایگزین برای ذخیره انرژی حاصل از منابع انرژی پاک دور از ظروف ذخیره‌سازی مواد شیمیایی بیاندیشند و در مواقع لزوم از این انرژی برای تولید برق استفاده کنند.

باتری های لیتیومی حاوی مواد شیمیایی مانند منگنز، کبالت و نیکل هستند که برای محیط زیست مضر هستند

اثرات زیست محیطی باتری های لیتیومی

ذخیره انرژی در باتری های لیتیومی طیف وسیعی از مزایایی را ارائه می دهد که می تواند به ما در دستیابی به اهداف پایداری از نظر بهره وری انرژی کمک کند. باتری های لیتیومی می توانند انرژی را از منابع تجدیدپذیر مانند خورشید، باد، جریان های جزر و مدی، سوخت های زیستی و برق آبی برای دوره های طولانی ذخیره کنند.

با این حال، مواد معدنی درگیر در ساخت این باتری‌ها، مانند لیتیوم، کبالت و نیکل، چالش‌های زیست‌محیطی جدیدی را ایجاد می‌کنند و فرآیندهای مورد استفاده برای استخراج این مواد معدنی می‌تواند برای محیط‌زیست و جوامع محلی به شدت مضر باشد، زیرا استخراج و تصفیه مواد باتری به حجم زیادی نیاز دارد. مقادیر انرژی که باعث انتشار گازهای گلخانه ای می شود.

استخراج مواد خام همچنین منجر به تخریب خاک، مصرف مقادیر زیادی آب، از بین رفتن تنوع زیستی به دلیل حذف پوشش گیاهی و درختان در سایت های معدنی و آسیب به اکوسیستم می شود.

باتری های لیتیومی همچنین حاوی مواد شیمیایی مانند منگنز، کبالت و نیکل هستند که در صورت عدم استفاده صحیح برای محیط زیست مضر هستند و ممکن است به سیستم های تامین آب نشت کرده و باعث آلودگی شوند.

باتری‌های لیتیومی متعاقباً به زباله‌های الکترونیکی تبدیل می‌شوند و اغلب به محل‌های دفن زباله ختم می‌شوند، یا ممکن است به طور غیر ایمن از بین بروند یا برای به دست آوردن اجزای کوچک ارزشمند سوزانده شوند، که خطرات بیشتری برای سلامت انسان و اکوسیستم ایجاد می‌کند.

جایگزین های باتری های شیمیایی چیست؟

ذخیره انرژی حرارتی یک جایگزین ارزان است که انرژی را به شکل گرما در مواد مایع یا توده های جامد مانند آب، روغن یا سنگ ها جمع آوری می کند.

از جمله روش هایی که به طور موثر در حال آزمایش هستند عبارتند از: ذخیره گرما از منابع انرژی تجدیدپذیر با گرم کردن بلوک‌های سنگ، آجر یا خاکستر آتشفشانی در زمان‌های غیر اوج مصرف، برای استفاده در زمان‌های غیر اوج بار برای تامین انرژی پمپ‌های حرارتی که می‌توانند برق ارزان تولید کنند.

در حالی که کلمه “باتری” به احتمال زیاد به نوع ماده شیمیایی موجود در خودروها و وسایل الکترونیکی اشاره دارد، سیستم های سنگ داغ در حال حاضر ده برابر بیشتر از باتری های لیتیوم یونی در سراسر جهان انرژی ذخیره می کنند و این سیستم ها با استفاده از ایده یک اختراع باستانی که قدمت آن به … قرن نوزدهم به عنوان اجاق کوپر شناخته می شود که از برج های عظیمی از آجرهای انباشته تشکیل شده است که گرمای اتلاف را از کوره های کارخانه های ذوب و ریخته گری جذب می کند تا زمانی که تا دمای تقریباً 1500 درجه سانتیگراد گرم شود. برای گرم کردن جریان های هوایی که با فشار زیاد از طریق آجرها برای افزایش دما وارد می شوند استفاده می شود.هوا به 1200 درجه سانتیگراد می رسد و هوای گرم به ته کوره رانده می شود تا از انرژی حرارتی خود در ذوب سنگ آهن استفاده کند. .

بر اساس گزارشی که در مجله ACS Omega منتشر شد، تیمی از دانشمندان دریافتند که برخی از نمونه‌های سنگ صابون و گرانیت یافت شده در تانزانیا برای ذخیره گرمای خورشیدی کاملاً مناسب هستند و با چگالی انرژی و پایداری بالا در دماهای بالا مشخص می‌شوند.

سنگ های گرانیت و سنگ صابون در سرتاسر جهان یافت می شوند که ممکن است آنها را به مواد ترجیحی برای ذخیره انرژی حرارتی تبدیل کند.

استفاده از دانه های شن طبیعی برای ذخیره انرژی حرارتی برای منابع تولید برق متناوب مانند خورشید و باد

تجربیات موفق

در حال حاضر چندین شرکت در حال تولید سیستم های باتری با استفاده از سنگ های معمولی هستند که می توانند مستقیماً در سیستم های تولید انرژی تجدیدپذیر مانند باد و خورشید ادغام شوند.

به عنوان مثال، در ایالت کالیفرنیای ایالات متحده، باتری حرارتی Rondo از عناصر گرمایش الکتریکی (مانند مواردی که در اجاق پخت و پز یافت می شود) برای تبدیل انرژی موجود از منابع پاک به گرمای زیاد استفاده می کند.

هنگامی که برق در دسترس باشد، بخاری های الکتریکی می درخشند و هزاران تن آجر مستقیماً توسط این تشعشعات حرارتی تا دمای 1500 درجه سانتیگراد گرم می شوند و انرژی را برای ساعت ها یا روزها با نرخ تلفات بسیار کم (کمتر از 1٪ در روز) ذخیره می کنند.

هنگامی که برق مورد نیاز است، هوا از میان پشته آجرها جریان می یابد و تا بیش از 1000 درجه سانتیگراد گرم می شود. سپس از هوای گرم حاصل برای جوشاندن مایعات و تبدیل آنها به بخار استفاده می شود که توربین های ژنراتور را برای تولید برق به حرکت در می آورد.

با اجرای پروژه آزمایشی خود در تاسیساتی در کالیفرنیا، Antura Energy، که توسط بیل گیتس حمایت می شود، قصد دارد این فناوری را برای اولین خریداران در سال 2025 ارسال کند.

سیستم باتری حرارتی Antura انرژی الکتریکی را به عنوان گرما در داخل یک جعبه عایق، پر از انبوهی از گرافیت، مواد سیاه رنگ مورد استفاده در مدادها و کویل‌های گرمایشی که الکتریسیته را به گرما تبدیل می‌کند، نگه می‌دارد. سپس گرافیت می‌تواند آن گرما را ذخیره کرده و به مدت 50 ساعت به طور مداوم آزاد کند. این گرما به عنوان یک پرتو گرما و نور از طریق پنجره ای که در کنار ظرف قرار دارد، برای گرم کردن کوره های سیمان سازی استفاده می شود.

آزمایشگاه ملی Sandia ایالات متحده با شرکت CSolPower مستقر در نیومکزیکو در تحقیق و توسعه استفاده از شن طبیعی به عنوان وسیله ای برای ذخیره انرژی حرارتی برای منابع تولید برق متناوب مانند انرژی خورشیدی و باد همکاری می کند.

ساندیا یک پروژه آزمایشی کوچک 100 کیلووات ساعتی طراحی کرد و یک بستر سنگی را با شارژ کردن آن با هوای داغ در دمای بیش از 500 درجه سانتیگراد آزمایش کرد. آن دما را تا 20 ساعت حفظ کرد و در این مرحله سیستم با موفقیت تخلیه شد. سیستم عملکرد خوبی داشت و با مدل سازی و پیش بینی ها سازگار بود.

سازنده قصد دارد این محصول را برای استفاده در مقیاس بزرگ آماده کند، اما ابتدا نسخه های کوچک آن را توسعه خواهد داد، به طوری که چندین پروژه گلخانه ای در شمال نیومکزیکو می توانند از پروژه های دیگر برای ذخیره گرما در لایه های سنگ بهره مند شوند.

یک باتری شنی و دیگری از بازالت

در یک شهر دورافتاده در جنوب غربی فنلاند، Polar Knight Energy اولین “باتری شنی” جهان را آزمایش کرد، یک مرکز ذخیره انرژی حرارتی که می تواند انرژی پاک را برای چندین ماه در یک زمان ذخیره کند.

مخزن ذخیره سازی با تکنولوژی بالا اساساً از برق ارزان قیمت خورشیدی و باد برای گرم کردن شن استفاده می کند که سپس گرما را در حدود 500 درجه سانتیگراد ذخیره می کند که می تواند برای گرم کردن ساختمان های خانگی در ماه های زمستان که انرژی در بالاترین حد خود است مورد استفاده قرار گیرد.

یک شرکت هلندی همچنین یک باتری بازالتی ساخته است که می تواند مقادیر زیادی الکتریسیته تولید شده توسط پنل های خورشیدی و توربین های بادی را ذخیره کند، زیرا بازالت نوعی سنگ آتشفشانی بسیار رایج است که گرما را به راحتی جذب می کند. لوله هایی که به بازالت کار می کنند در یک ظرف فلزی عایق شده با لایه ای از پشم سنگ به ضخامت یک متر گرم می شوند.به لطف این عایق می توان گرما را برای ماه ها و حتی سال ها ذخیره کرد و برای گرم کردن خانه ها استفاده کرد.تمامی مواد به راحتی قابل بازیافت هستند. .