Hvordan varme kan bruges til at lagre vedvarende energi

Den effekt, fossile brændstoffer har på klimakrisen, driver et internationalt skub til at bruge energikilder med lavt kulstofindhold. I øjeblikket, de bedste muligheder for at producere lavemissionsenergi i stor skala er vind- og solenergi. Men på trods af forbedringer i de sidste par år af både deres ydeevne og omkostninger, der er stadig et væsentligt problem:vinden blæser ikke altid, og solen skinner ikke altid. Et elnet, der er afhængigt af disse svingende kilder, kæmper for konstant at matche udbud og efterspørgsel, og derfor går vedvarende energi nogle gange til spilde, fordi den ikke produceres, når det er nødvendigt.

En af hovedløsningerne på dette problem er teknologier til stor lagring af elektricitet i stor skala. Disse virker ved at akkumulere elektricitet, når udbuddet overstiger efterspørgslen, derefter frigive det, når det modsatte sker. Imidlertid, et problem med denne metode er, at den involverer enorme mængder elektricitet.

Eksisterende lagringsteknologier som batterier ville ikke være godt for denne form for proces, på grund af deres høje omkostninger pr. energienhed. I øjeblikket, over 99% af den store elopbevaring håndteres af pumpede vanddæmninger, som flytter vand mellem to reservoirer gennem en pumpe eller turbine for at lagre eller producere strøm. Imidlertid, der er grænser for, hvor meget mere pumpet hydro der kan bygges på grund af dets geografiske krav.

En lovende opbevaringsmulighed er termisk elektricitetslageret pumpe. Denne relativt nye teknologi har eksisteret i cirka ti år, og testes i øjeblikket i pilotanlæg.

Pumpet termisk elektricitetslager fungerer ved at omdanne elektricitet til varme ved hjælp af en storstilet varmepumpe. Denne varme opbevares derefter i et varmt materiale, såsom vand eller grus, inde i en isoleret tank. Når det er nødvendigt, varmen vendes derefter tilbage til elektricitet ved hjælp af en varmemotor. Disse energiomdannelser udføres med termodynamiske cyklusser, de samme fysiske principper, der bruges til at drive køleskabe, bilmotorer eller termiske kraftværker.

Kendt teknologi

Opbevaring af pumpet termisk elektricitet har mange fordele. Konverteringsprocesserne er for det meste afhængige af konventionel teknologi og komponenter (såsom varmevekslere, kompressorer, møller, og elektriske generatorer), der allerede er meget udbredt i kraft- og forarbejdningsindustrien. Dette vil forkorte den tid, der kræves til at designe og bygge pumpet termisk elektricitetslager, selv i stor skala.

Lagertankene kan fyldes med rigelige og billige materialer som grus, smeltede salte eller vand. Og, i modsætning til batterier, disse materialer udgør ingen trussel mod miljøet. Store smeltede salttanke er blevet brugt med succes i mange år i koncentrerede solkraftværker, som er en teknologi til vedvarende energi, der har oplevet hurtig vækst i løbet af det sidste årti. Koncentreret solenergi og pumpet termisk elektricitetslager deler mange ligheder, men mens koncentrerede solkraftværker producerer energi ved at lagre sollys som varme (og derefter konvertere det til elektricitet), lagrede anlæg med termisk elektricitet lagrer elektricitet, der kan komme fra enhver kilde - solceller, vind eller endda atomkraft, blandt andre.

Let at installere og kompakt

Pumpelagringsanlæg til termisk elektricitet kan installeres hvor som helst, uanset geografi. De kan også let skaleres op for at imødekomme netets lagerbehov. Andre former for bulk energilagring er begrænset af, hvor de kan installeres. For eksempel, pumpet vandlager kræver bjerge og dale, hvor betydelige vandreservoirer kan bygges. Tryklufts energilagring er afhængig af store underjordiske huler.

Pumpet termisk elektricitetslager har en højere energitæthed end pumpede hydrodæmninger (det kan lagre mere energi i et givet volumen). For eksempel, ti gange mere elektricitet kan inddrives fra 1 kg vand opbevaret ved 100 ° C, sammenlignet med 1 kg vand lagret i 500 meters højde i et pumpet vandkraftværk. Det betyder, at der kræves mindre plads til en given mængde energi, der er lagret, så plantens miljømæssige fodaftryk er mindre.

Langt liv

Komponenterne i pumpet termisk elektricitetslager varer typisk i årtier. Batterier, på den anden side, nedbrydes over tid og skal udskiftes hvert par år - de fleste elbilbatterier er typisk kun garanteret i cirka fem til otte år.

Imidlertid, selvom der er mange ting, der gør pumpelagring af termisk elektricitet velegnet til stor lagring af vedvarende energi, det har sine ulemper. Den største ulempe er muligvis dens relativt beskedne effektivitet - hvilket betyder, hvor meget elektricitet der returneres under afladning, i forhold til, hvor meget der blev lagt i under opladning. De fleste pumpede termiske elektricitetslagringssystemer sigter mod 50-70% effektivitet, sammenlignet med 80-90% for lithium-ion batterier eller 70-85% for pumpet hydro lagring.

Men det, der uden tvivl betyder mest, er omkostninger:jo lavere det er, jo hurtigere kan samfundet bevæge sig mod en fremtid med lavt kulstofindhold. Opbevaring af pumpet termisk elektricitet forventes at være konkurrencedygtig med andre lagringsteknologier - selvom dette ikke vides med sikkerhed, før teknologien modnes og er fuldt kommercialiseret. Som det står, flere organisationer har allerede arbejdet, virkelige prototyper. Jo før vi tester og begynder at implementere pumpet termisk elektricitetslager, jo før vi kan bruge det til at hjælpe med overgangen til et energisystem med lavt kulstofindhold.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons -licens. Læs den originale artikel.