Криоэнергетика
Криоэнергетика — направление альтернативной энергетики, основанное на аккумулировании избыточной энергии при помощи сжижения воздуха в холодильных установках[1].
История[править]
В 1899 году американская компания Liquid Air, Power and Automobile Company из Бостона рекламировала автомобиль, работающий на сжиженном воздухе. В 1902 году этот автомобиль был представлен на выставке в Лондоне.
В ВМФ Швеции дизель-стирлинг-электрические подводные лодки типа «Готланд» (швед. Gotlandklass), построенные в 1992—1997 годах, стали первыми серийными лодками с двигателями Стирлинга[2]. Двигатели, работающие на жидком кислороде, имеют очень низкий уровень шума.
В 2001 году, британский изобретатель Питер Дирман запатентовал двигатель, который также использует сжиженный воздух или азот.
Технология утилизации избыточной генерации энергии путем сжижения атмосферного воздуха (азота) в промышленных криогенных установках для сетей с нестабильными источниками (ветряных и солнечных электростанций) была изобретена заведующим кафедрой криогенного хранения Королевской инженерной академии Хайвью, директором Бирмингемского центра хранения энергии, профессором Юлуном Дином[3].
Первая экспериментальная установка мощностью 5 кВт, была построена в 2010 году компанией Highview Power Storage[4][5] на крупнейшей в Британии 100-мегаваттной ТЭЦ Слау. Затем была запущена пилотная аккумулирующая станция мощностью 350 кВт с емкостью хранилища 2,5 МВт/ч. Сборка станции заняла всего два месяца, так как всё используемое оборудование выпускается серийно и не требует дополнительной сертификации.
В компании Highview Power Storage утверждают, что такую схему генерации электроэнергии можно масштабировать с минимальными затратами, а также разбирать и перевозить с места на место. Хранение жидкого азота намного безопаснее, чем хранение топлива другого вида.
В июне 2018 года в Бери, недалеко от Манчестера, была введена в эксплуатацию электростанция мощностью 5 МВт / 15 Мвтч — первая в мире система хранения электрической энергии на жидком воздухе.
В феврале 2011 года от Highview Power Storage отделился стартап Dearman Engine, занимающийся разработкой поршневого двигателя с нулевым уровнем выбросов, работающего на жидком воздухе (или жидком азоте). Выхлопом такого двигателя является холодный воздух[6].
Технология[править]
Электроэнергетика как отрасль промышленности имеет ряд технологических особенностей:
- Синхронность процессов производства, передачи и потребления электроэнергии.
- Непрерывность этих процессов, вынуждающая непрерывно эксплуатировать оборудование всей технологической цепочки.
- Нестабильное потребление электроэнергии, изменяющееся в течение суток, недель, сезонов.
- Неравномерное по времени распределение энергии, вырабатываемой из возобновляемых источников, сдерживающее рост количества ветряных и солнечных электростанций.
Одной из технологий, решающих проблемы, связанные с обеспечением баланса производства и потребления электроэнергии, является криогенное хранение энергии в аккумулирующих электростанциях[7].
Принцип действия криогенных аккумулирующих электростанций заключается в использовании энергии, накопленной в охлажденном воздухе.
В периоды низкого потребления электроэнергии воздух из окружающей среды нагнетается в систему при помощи винтовых компрессоров. Затем он тщательно фильтруется и охлаждается до −196°С. Полученная при этом жидкая смесь азота и кислорода превращается в светло-серую текучую жидкость. Она закачивается в специальные теплоизолированные емкости-термосы, где с минимальными потерями (менее 0,5 % в сутки) может храниться длительное время при атмосферном давлении[8].
Восстановление энергии происходит за счет регазификации воздуха. В момент пиковых нагрузок сжиженный воздух поступает на разогретый до 110 °C теплообменник-испаритель и, расширяясь в 700 и более раз, приводит в действие генератор, а отработанный воздух возвращается на вторичную переработку. Эффективность криогенной электростанции превышает 50 %, а в режиме принудительного прогрева жидкого воздуха КПД достигает 70 %.
Чистый атмосферный воздух содержит около 78 % азота и 21 % кислорода.
При атмосферном давлении азот кипит при −195,8 °C, а кислород при −183 °C.
Кипение как жидкого воздуха, так и азота сопровождается более чем 700-кратным расширением объема. То есть из 1 литра жидкости производится более 700 литров газа. Это стремительное расширение лежит в основе криогенных двигателей.
Выгода[править]
- Технология использует доступный ресурс — обычный воздух.
- Криогенное хранилище энергии легко масштабируется и не имеет географических ограничений.
- Технология не использует дорогостоящие металлы и вредные химические вещества.
- Срок службы систем накопления и хранения энергии составляет примерно 30-40 лет.
- Основным конструкционным материалом служит специальная сталь, которую по окончании срока службы можно утилизировать без вреда для окружающей среды.
- Криогенные системы хранения энергии очень компактны и автономны, и могут быть расположены где угодно.
- Хранилища не используют опасные материалы, не несут пожарной опасности и могут соответствовать современным городским строительным нормам. Это позволяет поставлять электроэнергию непосредственно в городские районы.
- Жидкий воздух хранится в обычных герметичных резервуарах низкого давления (похожих на резервуары для жидкого кислорода или азота в медицинских учреждениях). Технологический процесс не сопровождается горением.
- Принцип работы криогенных аккумулирующих электростанций аналогичен тому, который используется для сжижения природного газа.
- Экологически безопасны, так как единственное, что выбрасывается в атмосферу — чистый воздух.
Источники[править]
- ↑ От нефти и газа к солнцу, ветру и воде. Росатом (14.09.2023). Проверено 20 сентября 2023.
- ↑ Н. Г. Кириллов Стирлинг-технологии - прорыв в автономной энергетике XXI века. Энергетика и промышленность России (май 2004 г.). Проверено 20 сентября 2023.
- ↑ Yulong Ding. KeAi. Проверено 20 сентября 2023.
- ↑ Reshaping renewables for an always on world. Highview Power.
- ↑ Криогенные системы накопления и хранения энергии. ESFC Investment Group. Проверено 20 сентября 2023.
- ↑ Liquid air engine commercial vehicle demonstration. Dearman Engine Company Limited. Проверено 20 сентября 2023.
- ↑ Владимир Санников Криоэнергетика: криогенная электростанция. TechInsider (14.05.2012). Проверено 20 сентября 2023.
- ↑ Криоэнергетика: криогенная электростанция. Популярная механика. Проверено 20 сентября 2023.
Литература[править]
- Суровцев, Н. О. Перспективы использования криогенных аккумулирующих электростанций в энергетике России. — IX Всероссийская конференция «Молодёжь и наука», Секция «Энергетика: Электроэнергетика», 2013
- Ковалев, Лев Кузьмич. Криогенные источники и преобразователи электрической энергии автономных электроэнергетических комплексов. — диссертация доктора технических наук в форме науч. докл. : 05.09.01. — Москва, 1996. — 43 с.
|
Одним из источников этой статьи является статья в википроекте «Рувики» («Багопедия», «ruwiki.ru») под названием «Криоэнергетика», находящаяся по адресу:
«https://ru.ruwiki.ru/wiki/Криоэнергетика» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. |