2021-11-06 19:56:35
ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ТЕПЛОАККУМУЛЯТОРОВ
Теплоаккумуляторы, как альтернативный источник хранения энергии, идеально подходят для хранения тепловой энергии.
У теплоаккумуляторов есть два главных преимущества:
1. При строитестве накопителей большой емкости, они значительно дешевле (примерно в 10 раз) литионных аккумуляторов той же ёмкости.
2. На 1 кг веса или единицу объема теплоаккумуляторы хранят в 20-30 раз больше энергии. Так, например, компания 1414 Degrees разработала тепловой аккумулятор на основе расплавленного кремния, который может хранить 500 кВт*ч энергии в объеме около одной трети кубического метра. Как утверждает компания 1414 Degrees - это в 36 раз больше емкости 14-килотватной литий-ионной батареи Tesla Powerwall 2.
Так почему же тепловые аккумуляторы не вытесняют массово литионных конкурентов?!
Вся причина в том, что ученые до сих пор не придумали эффективный способ преобразования тепла в электричество. Делается это с помощью термогенераторов.
Термоэлектрогенератор — это техническое устройство (электрический генератор), предназначенное для прямого преобразования тепловой энергии в электричество посредством использования в его конструкции термоэлементов (термоэлектрических материалов).
Самый распространённый термогенератор на сегодняшний день – это паровая турбина. Тепло используется для образования пара, который крутит турбину, присоединенную к генератору. Таким образом, главным методом получения электричества является непрямое преобразование тепла, сопряженное с весьма существенными энергетическими потерями. В среднем, КПД паровых турбин достигает максимум 20-25%. Так, на производство 1 ватта полезной электрической энергии в среднем тратится около 5 ватт тепла, из которых 4 уходят на разогрев окружающей среды.
В сегодняшней науке есть другие передовые методы преобразования тепла в электроэнергию. Например, термо-ЭДС - избирательное нагревание (или охлаждение) точки контакта двух проводников, имеющих различные химические свойства, сопровождается появлением электродвижущей силы. Попросту говоря, на противоположных концах проводников возникает напряжение, а если их замкнуть, в цепи начнет течь электрический ток. Именно на этом принципе работает термопара — нехитрый прибор, применяемый для измерений температуры. Попытки приспособить феномен термо-ЭДС для получения электричества предпринимались неоднократно. Соответствующие устройства, называемые термоэлектрическими конверторами, довольно активно разрабатывались в течение последних 50-ти лет и даже нашли свое применение в некоторых областях промышленности. Однако для массового производства электроэнергии они явно непригодны. Во-первых, КПД подобных преобразователей не поднимается выше 7%. Из-за поиска сплавов с крепкой кристаллической структурой, обеспечивающей надежную стабильность при высоких температурах, термоэлектрическими конверторами ещё и дороги в производстве.
Есть правда и прорывы в термо-ЭДС, где с помощью искусственно синтезированной органической молекулы соединили два металлических проводника. По мнению ученых, это означает настоящий прорыв в преобразовании тепла в электричество: органика очень дешева и проста в производстве. КПД таких преобразователей максимально достиг на сегодня уровня в рекордные 15%.
Подводя итог эффективности термогенераторов, отметим, что всё преимущество теплоаккумуляторов в 30 раз иметь больше энергии на единицу веса или объёма – просто улетучивается и нивелируется перед низким КПД термогенераторов, способных преобразовать тепло в электричество.
Единственная область, где теплоаккумуляторы имеют неоспоримы преимущества – это ТЭЦ, где тепло идёт напрямую на использование комбинированного производства тепла и электроэнергии. Только там, где термоаккумуляторы используют для нагрева - суммарный эффект их эффективности достигает 80 – 90 %.
Таким образом, делаем вывод, что что теплоаккумуляторы могут действительно претендовать на превосходство над литий-ионными батареями, но только при определенных условиях.
486 viewsedited 16:56
A
