Elektroenergetika je jednou z mála oblastí, kde nedochází k velkokapacitnímu skladování vyrobených „produktů“. Průmyslové skladování energie a výroba různých typů akumulačních zařízení je dalším krokem ve velké elektroenergetice. Nyní je tento úkol obzvláště naléhavý – spolu s rychlým rozvojem obnovitelných zdrojů energie. Navzdory nepopiratelným výhodám obnovitelných zdrojů energie tu jedna zůstává důležitá otázka, které je nutné vyřešit před plošným zavedením a využíváním alternativních zdrojů energie. Přestože je větrná a solární energie šetrná k životnímu prostředí, jejich generování je přerušované a vyžaduje skladování energie pro pozdější použití. Pro mnoho zemí by bylo obzvláště naléhavým úkolem získat technologie pro sezónní skladování energie – kvůli velkým výkyvům ve spotřebě energie. Ars Technica připravila seznam nejlepších technologií skladování energie a o některých z nich si povíme.

Hydraulické akumulátory

Nejstarší, nejvyspělejší a nejrozšířenější technologie pro skladování energie ve velkých objemech. Princip činnosti hydraulického akumulátoru je následující: existují dvě vodní nádrže - jedna je umístěna nad druhou. Při nízké potřebě elektřiny se energie využívá k čerpání vody do horní nádrže. Ve špičce spotřeby elektřiny je voda odváděna dolů do tam instalovaného hydrogenerátoru, voda roztáčí turbínu a vyrábí elektřinu.

Německo v budoucnu plánuje využít staré uhelné doly k vytvoření přečerpávacích nádrží a němečtí vědci pracují na vytvoření obřích betonových hydroskladovacích koulí umístěných na dně oceánu. V Rusku existuje PSPP Zagorskaja, která se nachází na řece Kunja poblíž obce Bogorodskoje v okrese Sergiev Posad v Moskevské oblasti. Zagorskaja PSPP je důležitým infrastrukturním prvkem energetického systému centra, podílí se na automatické regulaci frekvence a toků výkonu a také na pokrytí denních špiček.

Jak řekl Igor Ryapin, vedoucí oddělení Sdružení „Společenství spotřebitelů energie“ na konferenci „Nová energie“: Internet energie, pořádané Energetickým centrem obchodní školy Skolkovo, instalovaný výkon všech hydraulických akumulátorů v svět je cca 140 GW, k výhodám této technologie patří velký počet cyklů a dlouhá životnost, účinnost cca 75-85%. Instalace hydraulických akumulátorů však vyžaduje zvláštní geografické podmínky a je nákladná.

Zařízení pro ukládání energie stlačeného vzduchu

Tento způsob akumulace energie je principiálně podobný hydrogeneraci – místo vody se však do zásobníků čerpá vzduch. Pomocí motoru (elektrického nebo jiného) je do zásobníku čerpán vzduch. Pro výrobu energie se uvolňuje stlačený vzduch a roztáčí turbínu.

Nevýhodou tohoto typu akumulačního zařízení je nízká účinnost vzhledem k tomu, že část energie při kompresi plynu se přemění na tepelnou formu. Účinnost není větší než 55 %, pro racionální využití vyžaduje pohon hodně levné elektřiny, takže v současnosti je technologie využívána převážně pro experimentální účely, celkový instalovaný výkon ve světě nepřesahuje 400 MW.

Roztavená sůl pro skladování solární energie

Roztavená sůl udržuje teplo po dlouhou dobu, takže je umístěna v solárních tepelných zařízeních, kde stovky heliostatů (velká zrcadla soustředěná na slunci) shromažďují teplo. sluneční světlo a zahřejte kapalinu uvnitř - ve formě roztavené soli. Poté je poslán do nádrže, poté prostřednictvím parního generátoru otáčí turbínou, která vyrábí elektřinu. Jednou z výhod je, že roztavená sůl pracuje při vysoké teplotě - více než 500 stupňů Celsia, což přispívá k efektivní práce parní turbína.

Tato technologie pomáhá prodloužit pracovní dobu, případně vytopit místnosti a zajistit elektřinu ve večerních hodinách.

Podobné technologie se používají v solárním parku Mohammed bin Rashid Al Maktoum Solar Park - největší světové síti solárních elektráren, sdružených v jediném prostoru v Dubaji.

Průtokové redoxní systémy

Průtokové baterie jsou obrovskou nádobou elektrolytu, která prochází membránou a vytváří elektrický náboj. Elektrolytem může být vanad, stejně jako roztoky zinku, chlóru nebo slané vody. Jsou spolehlivé, snadno se používají a mají dlouhou životnost.

Komerční projekty zatím nejsou, celkový instalovaný výkon je 320 MW, převážně v rámci výzkumných projektů. Hlavní výhodou je, že jde zatím o jedinou bateriovou technologii s dlouhodobým energetickým výdejem – více než 4 hodiny. Mezi nevýhody patří objemnost a chybějící technologie recyklace, což je společný problém všech baterií.

Německá elektrárna EWE plánuje postavit v Německu největší průtokovou baterii na světě o kapacitě 700 MWh v jeskyních, kde se dříve skladoval zemní plyn, uvádí Clean Technica.

Tradiční baterie

Jde o baterie podobné těm, které napájejí notebooky a smartphony, ale v průmyslové velikosti. Tesla takové baterie dodává pro větrné a solární elektrárny a Daimler k tomu využívá staré autobaterie.

Tepelné úložiště

Moderní domácnost potřebuje chladit – zvláště v horkém podnebí. Termální akumulační zařízení umožňují přes noc zmrazit vodu uloženou v nádržích, během dne led taje a ochlazuje dům, bez obvyklé drahé klimatizace a zbytečných nákladů na energie.

Kalifornská společnost Ice Energy vyvinula několik podobných projektů. Jejich myšlenkou je, že led se vyrábí pouze během období mimo špičku v rozvodné síti a poté se místo plýtvání další elektřinou používá k chlazení místností.

Společnost Ice Energy spolupracuje s australskými firmami, které chtějí uvést na trh technologii ledových baterií. V Austrálii se díky aktivnímu slunci rozvíjí využití solárních panelů. Kombinace slunce a ledu zvýší celkovou energetickou účinnost a šetrnost k životnímu prostředí domácností.

Setrvačník

Supersetrvačník je inerciální akumulátor. Kinetická energie pohybu v něm uložená může být přeměněna na elektřinu pomocí dynama. Když vznikne potřeba elektřiny, konstrukce generuje elektrickou energii zpomalením setrvačníku.

Jednotlivé soli mohou sloužit jako elektrolyty při výrobě kovů elektrolýzou roztavených solí, ale obvykle na základě požadavku mít elektrolyt, který je relativně tavitelný, má příznivou hustotu, vyznačující se poměrně nízkou viskozitou a vysokou elektrickou vodivostí, a relativně vysoké povrchové napětí, stejně jako nízká těkavost a schopnost stupňovat rozpouštění kovů, v praxi moderní metalurgie se používají roztavené elektrolyty složitějšího složení, což jsou systémy více (dvou až čtyř) složek.
Z tohoto hlediska jsou velmi důležité fyzikálně-chemické vlastnosti jednotlivých tavených solí, zejména systémů (směsí) tavených solí.
Poměrně velké množství experimentálního materiálu nashromážděného v této oblasti ukazuje, že fyzikálně-chemické vlastnosti roztavených solí jsou v určité vzájemné souvislosti a závisí na struktuře těchto solí jak v pevném, tak i v roztaveném stavu. Ten je určen takovými faktory, jako je velikost a relativní množství kationtů a aniontů v krystalové mřížce soli, povaha spojení mezi nimi, polarizace a tendence odpovídajících iontů tvořit komplexy v taveninách.
V tabulce 1 porovnává teploty tání, teploty varu, molární objemy (při teplotě tání) a ekvivalentní elektrickou vodivost některých roztavených chloridů, uspořádané podle skupin tabulky periodického zákona prvků podle D.I. Mendělejev.

V tabulce 1 je vidět, že chloridy alkalických kovů patřící do skupiny I a chloridy kovů alkalických zemin (skupina II) se vyznačují vysoké teploty tání a var, vysoká elektrická vodivost a menší polární objemy ve srovnání s chloridy patřícími do následujících skupin.
To je způsobeno skutečností, že v pevném stavu mají tyto soli iontové krystalové mřížky, přičemž interakční síly mezi ionty jsou velmi významné. Z tohoto důvodu je velmi obtížné zničit takové mřížky, a proto mají chloridy alkalických kovů a kovů alkalických zemin vysoké teploty tání a varu. Menší molární objem chloridů alkalických kovů a kovů alkalických zemin také vyplývá z přítomnosti velkého podílu silných iontových vazeb v krystalech těchto solí. Iontová struktura tavenin uvažovaných solí také určuje jejich vysokou elektrickou vodivost.
Podle názorů A.Ya. Frenkel, elektrická vodivost roztavených solí je dána přenosem proudu, hlavně malými mobilními kationty, a viskózní vlastnosti jsou způsobeny objemnějšími anionty. Z toho plyne pokles elektrické vodivosti z LiCl na CsCl s rostoucím poloměrem kationtu (z 0,78 A pro Li+ na 1,65 A pro Cs+) a v souladu s tím klesá jeho pohyblivost.
Některé chloridy skupin II a III (jako MgCl2, ScCl2, УСl3 a LaCl3) se vyznačují sníženou elektrickou vodivostí v roztaveném stavu, ale zároveň poměrně vysokými teplotami tání a varu. Posledně uvedené ukazuje významný podíl iontových vazeb v krystalových mřížkách těchto solí. Ho v taveninách znatelně interagují s jednoduchými ionty za vzniku větších a méně pohyblivých komplexních iontů, což snižuje elektrickou vodivost a zvyšuje viskozitu tavenin těchto solí.
Silná polarizace aniontu chloru malými kationty Be2+ a Al3+ vede k prudkému snížení podílu iontových vazeb v těchto solích a ke zvýšení podílu molekulárních vazeb. To snižuje pevnost krystalických mřížek BeCl2 a AlCl3, díky čemuž se tyto chloridy vyznačují nízkými teplotami tání a varu, velkými molárními objemy a velmi nízkými hodnotami elektrické vodivosti. To je zřejmě způsobeno tím, že (pod vlivem silného polarizačního účinku Be2+ a Al3+) dochází v roztavených chloridech berylia a hliníku k silné komplexaci s tvorbou objemných komplexních iontů v nich.
Chloridové soli prvků skupiny IV, jakož i první prvek skupiny III, bor, které mají čistě molekulární mřížky se slabými zbytkovými vazbami mezi molekulami, se vyznačují velmi nízkými teplotami tání (jejichž hodnoty jsou často nižší než nula) a varu. V tavenině takových solí nejsou žádné ionty a jsou, stejně jako krystaly, vytvořeny z neutrálních molekul (ačkoli v nich mohou být iontové vazby). Z toho plynou velké molární objemy těchto solí při teplotě tání a nedostatek elektrické vodivosti odpovídajících tavenin.
Fluoridy kovů skupiny I, II a III jsou charakterizovány zpravidla zvýšené teploty tání a varu ve srovnání s odpovídajícími chloridy. To je způsobeno menším poloměrem aniontu F+ (1,33 A) ve srovnání s poloměrem aniontu Cl+ (1,81 A) a v důsledku toho nižší tendencí fluorových iontů k polarizaci a následně vytváření silných iontových krystalových mřížek. těmito fluoridy.
Pro volbu příznivých podmínek elektrolýzy mají velký význam tavné diagramy (fázové diagramy) solných systémů. V případě použití roztavených solí jako elektrolytů při elektrolytické výrobě kovů je tedy obvykle nejprve nutné mít relativně nízkotavitelné solné slitiny, které poskytují dostatečné množství nízká teplota elektrolýza a menší spotřeba elektrické energie pro udržení elektrolytu v roztaveném stavu.
Při určitých poměrech složek v solných systémech však mohou vznikat chemické sloučeniny se zvýšenými teplotami tání, které však mají jiné příznivé vlastnosti (např. schopnost snadněji rozpouštět oxidy v roztaveném stavu než jednotlivé roztavené soli atd.).
Výzkumy ukazují, že když máme co do činění se systémy dvou nebo více solí (nebo solí a oxidů), může mezi složkami těchto systémů docházet k interakcím vedoucím (v závislosti na síle takové interakce) ke vzniku eutektik, zaznamenaných na diagramy tavitelnosti nebo oblasti pevných roztoků nebo nekongruentně (s rozkladem) nebo kongruentně (bez rozkladu) tající chemické sloučeniny. Větší uspořádanost struktury hmoty v odpovídajících bodech složení systému je v důsledku těchto interakcí do té či oné míry zachována v tavenině, tj. nad linií likvidu.
Systémy (směsi) roztavených solí jsou proto často svou strukturou složitější než jednotlivé roztavené soli a v obecném případě mohou být strukturálními složkami směsí roztavených solí současně jednoduché ionty, komplexní ionty a dokonce i neutrální molekuly, zvláště když v krystalových mřížkách odpovídajících solí existuje určitá molekulární vazba.
Jako příklad uveďme vliv kationtů alkalických kovů na tavitelnost systému MeCl-MgCl2 (kde Me je alkalický kov, obr. 1), charakterizovaného čárami likvidu v příslušných fázových diagramech. Z obrázku je patrné, že jak se poloměr kationtu chloridu alkalického kovu zvyšuje z Li+ na Cs+ (respektive z 0,78 A na 1,65 A), diagram tavitelnosti je stále složitější: v systému LiC-MgCl2 se složky tvoří tuhé roztoky; v systému NaCl-MgCl2 je eutektické minimum; v systému KCl-MgCl2 v pevné fázi vzniká jedna kongruentně tající sloučenina KCl*MgCl2 a případně jedna inkongruentně tající sloučenina 2KCl*MgCl2; v systému RbCl-MgCl2 má diagram tavitelnosti již dvě maxima, odpovídající vzniku dvou kongruentně tajících sloučenin; RbCl*MgCl2 a 2RbCl*MgCla; konečně v systému CsCl-MgClg vznikají tři kongruentně se tající chemické sloučeniny; CsCl*MgCl2, 2CsCl*MgCl2 a SCsCl*MgCl2, stejně jako jedna nekongruentně tající sloučenina CsCl*SMgCl2. V systému LiCl-MgCb interagují ionty Li a Mg s ionty chloru přibližně ve stejné míře, a proto se odpovídající taveniny strukturou blíží nejjednodušším řešením, díky čemuž je diagram tavitelnosti tohoto systému charakterizován přítomností pevné roztoky v něm. V systému NaCi-MgCl2 dochází v důsledku zvětšení poloměru kationtu sodíku k mírnému oslabení vazby mezi ionty sodíku a chloru a v důsledku toho ke zvýšení interakce mezi ionty Mg2+ a Cl-, to však nevede ke vzniku komplexních iontů v tavenině. Výsledné poněkud větší uspořádání taveniny způsobuje vzhled eutektika v diagramu tavitelnosti systému NaCl-MgCl2. Rostoucí oslabení vazby mezi ionty K+ a Cl- v důsledku ještě většího poloměru draselného kationtu způsobuje takové zvýšení interakce mezi ionty a Cl-, což vede, jak ukazuje diagram tavitelnosti KCl-MgCl2, k vytvoření stabilní chemické sloučeniny KMgCl3 a v tavenině - ke vzniku odpovídajících komplexních aniontů (MgCl3-). Další zvýšení poloměrů Rb+ (1,49 A) ​​a Cs+ (1,65 A) způsobuje ještě větší oslabení vazby mezi ionty Rb a Cl- na jedné straně a ionty Cs+ a Cl- na jedné straně. na druhé straně, což vede k další komplikaci diagramové tavitelnosti systému RbCl-MgCb ve srovnání s diagramem tavitelnosti systému KCl - MgCb a v ještě větší míře ke komplikaci diagramu tavitelnosti systému CsCl- MgCl2 systém.

Obdobná situace je v systémech MeF-AlF3, kde v případě systému LiF - AlF3 diagram tavitelnosti udává jednu kongruentně se tající chemickou sloučeninu SLiF-AlFs a diagram tavitelnosti systému NaF-AIF3 jednu shodu a jeden nekongruentně se tající chemická sloučenina; respektive 3NaF*AlFa a 5NaF*AlF3. Vzhledem k tomu, že tvorba v solné fázi při krystalizaci té či oné chemické sloučeniny se odráží ve struktuře této taveniny (větší řád spojený s výskytem komplexních iontů), způsobuje to kromě tavitelnosti i odpovídající změnu, a další fyzikálně-chemické vlastnosti, které se prudce mění (nepodléhají pravidlu aditivity) pro složení směsí roztavených solí odpovídající tvorbě chemických sloučenin podle diagramu tavitelnosti.
Proto existuje korespondence mezi diagramy složení-vlastnost v solných systémech, která je vyjádřena skutečností, že tam, kde je v diagramu tavitelnosti systému zaznamenána chemická sloučenina, tavenina, která jí odpovídá složením, je charakterizována maximální krystalizací. teplota, maximální hustota, maximální viskozita, minimální elektrická vodivost a minimální elasticita.
Taková shoda ve změně fyzikálně-chemických vlastností směsí roztavených solí v místech odpovídajících tvorbě chemických sloučenin zaznamenaných na diagramech tavitelnosti však není spojena s výskytem neutrálních molekul těchto sloučenin v tavenině, jak tomu bylo např. dříve se věřilo, ale je to způsobeno větším uspořádáním struktury odpovídající taveniny, větší hustotou balení. Odtud prudký nárůst krystalizační teploty a hustoty takové taveniny. Přítomnost v takovém tání v největší počet velké komplexní ionty (odpovídající tvorbě určitých chemických sloučenin v pevné fázi) také vedou k prudkému zvýšení viskozity taveniny v důsledku výskytu objemných komplexních aniontů v ní a ke snížení elektrické vodivosti taveniny v důsledku snížení počtu proudových nosičů (díky spojení jednoduchých iontů na komplexní).
Na Obr. 2 je jako příklad provedeno srovnání diagramu složení-vlastnost tavenin systémů NaF-AlF3 a Na3AlF6-Al2O3, kde v prvním případě je diagram tavitelnosti charakterizován přítomností chemické sloučeniny a v druhý - eutektický. V souladu s tím se na křivkách změn fyzikálně-chemických vlastností tavenin v závislosti na složení vyskytují v prvním případě extrémy (maxima a minima) a ve druhém se odpovídající křivky monotónně mění.

04.03.2020

Těžba palivového dřeva, kácení větví a větviček, stavební práce, zahradničení – to vše je řada aplikací pro motorovou pilu. Odkaz...

04.03.2020

Mechanismus pro zdvihací a přepravní operace pomocí trakce se nazývá naviják. Trakce se přenáší pomocí lana, lanka nebo řetězu umístěného na bubnu....

03.03.2020

Chcete, aby koupelna a toaleta ve vašem bytě měly reprezentativní vzhled? K tomu je nejprve nutné skrýt komunikace (voda a kanalizace...

03.03.2020

Baroko jako umělecký styl vzniklo koncem 16. století v Itálii. Název pochází z italského „barocco“, což v překladu znamená bizarně tvarovaná mušle....

02.03.2020

Úroveň stavebních prací je dána profesionalitou řemeslníků, dodržováním technologických postupů a kvalitou použitých materiálů a spotřebního materiálu. Změna...

K vypěstování krystalu soli budete potřebovat:

1) - sůl.

Mělo by být co nejčistší. Nejvhodnější je mořská sůl, protože běžná stolní sůl obsahuje spoustu nečistot, které jsou pro oko neviditelné.

2) - voda.

Ideální možností by bylo použít destilovanou vodu nebo alespoň převařenou vodu, která ji co nejvíce očistí od nečistot filtrací.

3) - skleněné zboží, ve kterém se bude krystal pěstovat.

Hlavní požadavky na něj: musí být také dokonale čistý, během celého procesu by se v něm neměly vyskytovat žádné cizí předměty, ani drobné tečky, protože mohou vyvolat růst dalších krystalů na úkor toho hlavního.

4) - krystal soli.

Dá se „získat“ z balíčku soli nebo z prázdné slánky. Téměř jistě se na dně najde nějaká vhodná, která se nevešla otvorem v solničce. Musíte si vybrat průhledný krystal s tvarem blíže k rovnoběžnostěnu.

5) - hůlka: plast nebo dřevěná keramika nebo lžíce ze stejných materiálů.

Jedna z těchto položek bude potřeba k namíchání roztoku. Asi by bylo zbytečné připomínat, že po každém použití se musí umýt a vysušit.

6) - lak.

K ochraně hotového krystalu bude potřeba lak, protože bez ochrany se na suchém vzduchu rozpadne a na vlhkém se rozteče do beztvaré hmoty.

7) - gáza nebo filtrační papír.

Proces pěstování krystalu.

Vloží se nádoba s připravenou vodou teplá voda(cca 50-60 stupňů), postupně se do něj za stálého míchání nasype sůl. Když se sůl již nemůže rozpouštět, roztok se přelije do další čisté nádoby, aby se do ní nedostal žádný sediment z první nádoby. Pro zajištění lepší čistoty můžete nalít přes nálevku s filtrem.

Nyní se do tohoto roztoku ponoří dříve „vytěžený“ krystal na provázku tak, aby se nedotýkal dna a stěn nádoby.

Nádobí pak přikryjte poklicí nebo něčím jiným, ale tak, aby se tam nedostaly cizí předměty a prach.

Umístěte nádobu na tmavé, chladné místo a buďte trpěliví - viditelný proces začne za několik dní, ale vypěstování velkého krystalu bude trvat několik týdnů.

S růstem krystalu bude kapalina přirozeně ubývat, a proto bude nutné přibližně jednou za deset dní přidat čerstvý roztok připravený podle výše uvedených podmínek.

Během všech dalších operací by neměly být povoleny časté pohyby, silné mechanické namáhání a výrazné kolísání teploty.

Když krystal dosáhne požadované velikosti, odstraní se z roztoku. To musí být provedeno velmi opatrně, protože v této fázi je stále velmi křehké. Vyjmutý krystal se vysuší z vody pomocí ubrousků. Pro přidání pevnosti je vysušený krystal potažen bezbarvým lakem, který lze použít jak pro domácnost, tak pro účely manikúry.

A na závěr moucha.

Z takto vypěstovaného křišťálu nelze vyrobit plnohodnotnou solnou lampu, protože využívá speciální přírodní minerál - halit, který obsahuje mnoho přírodních minerálů.

Ale z toho, co máte, je docela možné vyrobit nějaké řemeslo, například miniaturní model stejné solné lampy, vložením malé LED do krystalu a napájením z baterie.