Зберігання електроенергії в розплавленому кремнії

Наукове життя не стоїть на місці, у сфері технологій зберігання енергії постійно з’являються нові ідеї.

Чергову концепцію підготували вчені Массачусетського технологічного інституту (MIT) і назвали її «сонце в коробці» (sun in a box). Мова йде про зберігання енергії у формі розплавленого кремнію в спеціальних ємкостях з потужною теплоізоляцією (на малюнку).

Зберігання відновлюваної електроенергії у формі тепла — досить поширена технологія. Найбільш часто вона використовується на сонячних теплових станціях (CSP), де за допомогою дзеркал-концентраторів нагрівається теплоносій і виробляється пара, що обертає парову турбіну, а частина енергії спрямовується на зберігання в ємкості з розплавленою сіллю для подальшого вироблення електроенергії після заходу сонця.

За словами вчених MIT, CSP із зберіганням енергії в розплавленій солі ніколи не зможе конкурувати по вартості з газовою генерацією. Крім того, підвищувати температуру нагрівання солі і ефективність процесу неможливо — ємності з нержавіючої сталі піддаються корозії.

В технології, запропонованій MIT, є принципова відмінність. У проекті використовуються дві сполучені посудини з графіту діаметром 10 метрів кожна, заповнені рідким кремнієм. В одному резервуарі зберігається кремній при температурі 1926°С. Ця «холодна» ємність з’єднана через ряд трубок і нагрівальних елементів з «гарячим» резервуаром, у якому рідкий кремній нагрітий до 2370°С.

«Надлишкова» (у періоди перевиробництва) електроенергія сонячних і вітрових станцій спрямовується на нагрівання речовини «холодної» ємності і перекачування її в «гарячу». В процесі кремній нагрівається до надзвичайно високої температури — розжарюється до білого.

Коли потрібно електрику, рідкий розплавлений кремній прокачується через безліч труб, які випромінюють світло. Поряд з трубами розташовані високоефективні сонячні комірки, звані багатоперехідними фотоелектричними елементами (multi-junction solar cells). Ці генеруючі пристрої «знімають» світлове випромінювання розплавленого металу і виробляють електрику. В ході цього процесу кремній охолоджується і повертається в «холодний» резервуар для повторного використання.

Як ми бачимо, в даному випадку не застосовуються парові турбіни, і електроенергія виробляється за принципово іншої технології.

На початковому етапі гостро стояло питання, з якого матеріалу слід виготовляти резервуари для зберігання. Вважалося, що використання графіту представляє небезпеку того, що графіт і кремній можуть реагувати при цих високих температурах.

Коли команда побудувала мініатюрний резервуар для випробувань, було виявлено, що в той час як кремній реагував з графітом з утворенням карбіду кремнію, новий матеріал прилипав до внутрішніх стінок резервуара, створюючи захисний шар. Після того, як цей тонкий шар сформувався, подальша реакція не відбувалася, доводячи, що використання графітових резервуарів є життєздатним.

Вся ця історія виглядає надзвичайно складною і дорогою, однак автори стверджують, що вона дешевше ГАЕС та інших популярних технологій зберігання.

Категорії: Енергозбереження,Новини альтернативної енергетики,Технології

Відповісти

avatar