Чи ефективно зберігати електричну енергію у вигляді тепла
Схематичне зображення резервуара для зберігання енергії. (Клікніть картинку для збільшення)
Відновлювані джерела енергії, такі як вітер чи сонячне світло, не здатні дати постійної потужності. Тому для комерційного використання подібних технологій необхідно організувати проміжні сховища, що дозволяють запасати на майбутню частину виробленої енергії. У своїй останній роботі група вчених з Німеччини розглядає сховище, ідея якого заснована на зберіганні теплової енергії, а не електричної. Слід зазначити, що практична реалізація цього рішення вже зараз розробляється провідними лабораторіями. Запропонована вченими теорія показує, що ефективність зберігання енергії суттєво залежить від температури сховища. Розроблена ідеалізована модель може бути в майбутньому орієнтиром для розробників подібних пристроїв, які прагнуть підвищення загальної ефективності систем накопичення енергії.
Зберігання електричної енергії – це одне з основних завдань, які стоять перед інженерами, які працюють у галузі адаптації для промислового та комерційного використання одержуваного з відновлюваних джерел електрики. Адже, як відомо, такі джерела неспроможні дати певний рівень потужності постійно. Для великомасштабного зберігання енергії звичайні електричні акумулятори дуже дорогі, тому на даний момент основні зусилля спрямовані на розробку двох технологій: використання резервуара з водою, розташованого на великій висоті (загальним обсягом близько десятків мільйонів кубометрів), або аналогічного резервуара зі стисненим повітрям. На жаль, достатній простір для розміщення таких масштабних«акумуляторів» практично неможливо знайти поряд із сонячною або вітровою електростанцією.
На відміну від цих методів накопичення електричної енергії у вигляді тепла в баку з рідиною (об'ємом менше 100 тис. куб. метрів) може бути реалізовано практично в будь-якому місці. Принцип дії такого «акумулятора» найпростіше пояснити на прикладі електричного чайника (кип'ятника за рахунок пропускання електричного струму через тепловиділяючі дроти), пара від якого використовується для обертання газової турбіни, що перетворює теплову енергію назад в електрику. Проблема подібних систем полягає в тому, що існує теоретична межа ефективності парового двигуна. Навіть якщо вся система ідеалізована, можна «відновити» лише 20% енергії, витраченої на початкове кип'ятіння.
Група вчених із André Thess of Ilmenau University of Technology (Німеччина) запропонувала модифікувати техніку, використовуючи проміжну ланку – тепловий насос. В останні роки було запропоновано вже кілька подібних систем (у яких використовувався різний теплоносій), але прогнозування їхньої поведінки потребує низки складних розрахунків (з великою кількістю параметрів). Для кращого розуміння ідеї акумулювання енергії за рахунок тепла за допомогою теплового насоса група німецьких вчених розробила спрощену теоретичну модель системи, що характеризується порівняно невеликою кількістю параметрів.
Результати аналізу моделі призвели до наукової групи до дуже цікавих результатів. Зокрема, з'ясувалося, що ефективність навіть ідеалізованих систем суттєво залежить від початкової температури води, що нагрівається. Наприклад, якщо нагрівання походить від температури 20 градусів за Цельсієм, ефективність системи буде не вище 38%. Але за 60 градусівефективність «гідро-зберігання» сягне 80%.
Хоча запропонована система все ще має не високу ефективність, вона може виявитися економічно вигіднішою, ніж згадане вище будівництво в десятки разів більших резервуарів із газом та рідиною. Але головним результатом все ж таки слід вважати не конструкцію «акумулятора», а спосіб його теоретичного опису, який у майбутньому послужить і іншим дослідникам.