2025-02-20
Сахара шөлінің күйіп тұрған күнінің астында фотоэлектрлік панельдер күн сәулесін электр энергиясына айналдырған сәтте адамдар энергия формасының сиқырын аяқтады. Бірақ шығыста және бұлттарда күннің шығуы мен батуының тұрақсыз табиғаты энергияны сақтауды таза энергетикалық революцияның негізгі ұрыс алаңына айналдырады. Дунхуан Гобидегі балқытылған тұз мұнараларынан Тесланың Powerwall-ға дейінгі аралықта материалтанудағы жетістіктер энергияны сақтау шекараларын қайта құруда - арнайы заттар, олар күн сәулесін түсіріп қана қоймайды, сонымен қатар оны жіберілетін ресурсқа айналдырады.
Адамдар күн энергиясының күшін біздің эрамызға дейінгі 3-ші ғасырда, Сиракуз сарайы Рим флотын тұтандыру үшін күн сәулелерін фокустау үшін айна пайдаланған кезде түсінді. Қазіргі заманғы жылу сақтау материалдары осы бастапқы даналықты жалғастырады және физикалық пішінді өзгерту арқылы энергияны сақтауға қол жеткізеді.
58 ° C температурада парафинді балқыту сипаттамасы оны ең үнемді фазалық жылу сақтау ортасына айналдырады. Бейжіңдегі Дасин халықаралық әуежайының шатырындағы фотоэлектрлік жүйесі күндізгі уақытта фотоэлектрлік панельдердің қалдық жылуын сіңіру және түнде терминал ғимаратының температурасын ұстап тұру үшін энергияны шығару үшін бал ұяшықты алюминий құрылымына 300 тонна модификацияланған парафинді балауызды қамтиды, ауаны кондиционерлеу энергиясының тұтынуын жылына 40% -ға азайтады. Неғұрлым жетілдірілген эвтектикалық тұзды композициялық материалдар (мысалы, литий нитраты-калий нитраты) жылу сақтау температурасын 565 ° C дейін көтере алады, ал Америка Құрама Штаттарының Crescent Sand Dune фототермиялық электр станциясы бұл материалды 17 сағат үздіксіз қуатпен қамтамасыз ету үшін пайдаланады.
565 ℃ температурада балқытылған тұздың көлемдік жылу сақтау тығыздығы 780 МДж/м³ құрайды, бұл судан 12 есе көп. Цинхайдағы Делингха мұнарасы 50 МВт фототермиялық электр станциясы күндізгі күн сәулесін түнде бу турбинасы қуатына айналдыру үшін 28,000 60 тонна екілік нитраттарды (40% натрий нитраты + 800% калий нитраты) пайдаланады. Жаңадан жасалған хлоридті балқытылған тұз жүйесі (мысалы, MgCl₂/KCl) жұмыс температурасын 25 ° C дейін көтереді және жылу сақтау тиімділігін XNUMX% арттырады.
Кобальтты оксид (Co₃O₄) 800 ° C температурада қайтымды әрекеттесті. Co₃O₄ ↔ 3CoO + ½O₂. Жылуды сақтау тығыздығы ₃ кг үшін 1500кДж болды, бұл балқытылған тұздан 3 есе көп. Неміс аэроғарыш орталығы салған тәжірибелік қондырғы жыл мезгілінде жылуды сақтау үшін 20 тонна металл оксидін пайдаланады, қыста жазда сақталған күн жылуын шығарады.
Фотоэлектрлік панельдер фотондарды электрондарға түрлендіргенде, қажет кезде осы микроскопиялық бөлшектердің ретті түрде ағуын қалай алуға болады? Аккумуляторлық материалдар заманауи энергетикалық жүйенің қаржылық жүйесін құрайды.
Литий темір фосфаты (LiFePO₄) 2000 айналым мерзімімен тұрмыстық энергия сақтаудың патшасы болып табылады. Tesla компаниясының Megapack энергия сақтау жүйесі бұл материалды сағатына 300 60,000 үйді қуаттай алатын 811 МВт/сағ электр станциясын салу үшін пайдаланады. Никель-кобальт-марганец терполимері (NCM280), энергия тығыздығы XNUMX Вт сағ/кг электр көлігінің төзімділігі ережелерін қайта жазуда.
Толық ванадий ағыны бар аккумулятор электролит ретінде әртүрлі валентті күйдегі ванадий иондарының ерітінділерін пайдаланады және Цинхуа университетінің командасы әзірлеген 3МВт жүйесі Чжанцзякоу Фэнгуан сақтау базасындағы электр желісінің ауытқуын тегістейтін 80% энергия тиімділігіне қол жеткізеді. Fe² + Fe³ + және Cr² + /Cr³ + қуат жұптарын пайдалана отырып, арзанырақ темір-хром сұйық ағынды аккумуляторлар, АҚШ-тың ESS компаниясы 100 МВт/сағ қуат жинақтаушы электр станциясын салды.
Сульфидті қатты электролит (мысалы, Li₆PS₅Cl) батарея қуатының тығыздығын 500 Вт/кг-қа дейін итермеледі. Toyota ₆ 2027 жылы осы аккумуляторы бар электр көлігін жаппай шығаруды мақсат етті. Қытайдың Ningde Times газеті әзірлеген конденсацияланған электролит акупунктура эксперименттері кезінде 100 ° C температураны отқа ұшыратпай сақтау арқылы энергия сақтау қауіпсіздігі мәселесін шешті.
Күн энергиясын тасымалданатын химиялық молекулаларға айналдыру - адамзаттың желіден шығудың түпкілікті қиялы. Фотокаталитикалық материалдар бұл арманды шындыққа айналдырады.
Титан диоксиді (TiO₂) 1972 жылы фотокатализ дәуірін бастады, бірақ оның тек ультракүлгін сәулелерді қолдану қабілеті катализаторлардың жаңа буынын тудырды. Токио университетінде, Жапонияда жасалған көміртегі нитриді (C₃N₄) композициясы. Көрінетін жарықта сутегі өндірісінің тиімділігі 8.2%-ға жетті. Австралиялық команда тиімділікті 16%-ға дейін арттыру үшін кобальт фосфидті наноөткізгіштерді пайдаланды, бұл коммерцияландыру шегіне жақын.
Металл-органикалық жақтау материалдары (МОФ) жасанды фотосинтезде таңғажайып әлеуетті көрсетеді. Caltech компаниясының Zn-Zr MOF материалы модельденген күн сәулесінің астында CO₂-ды метанолға айналдыруда 90% селективтілікке ие, конверсия жылдамдығы сағатына 5 ммоль/г. Қытай Ғылым академиясының командасы әзірлеген мыс негізіндегі катализатор өнеркәсіптік ауқымдағы реакторда күн отынын үздіксіз өндіруге қол жеткізді.
Рутений катализаторы Хабер процесінің аммиак синтезінің температурасын 500 ℃-ден 350 ℃ дейін төмендетеді, бұл күн термохимиялық жүйесімен тамаша үйлеседі. NEOM Smart City, Сауд Арабиясындағы фототермиялық аммиак синтезі зауыты күн сәулесімен тікелей нөлдік көміртекті азот тыңайтқышын шығарады, бұл өнім тоннасына 4.6 тонна CO₂ азайтады.
Зертхананың алдыңғы қатарында жаңа материалдар классикалық физиканың шегін бұзып, энергияны сақтаудың жаңа өлшемдерін ашуда.
Висмут селенидінің (Bi₂Se₃) әдеттен тыс жылу тасымалдау сипаттамалары жылу сақтау тығыздығын дәстүрлі материалдардан 5 есе жоғарылатты. Массачусетс технологиялық институты осы материалды пайдаланып, күн пешінің жылуын 1 см³ кеңістікте үш сағат бойы сақтай алатын микро жылу сақтайтын капсулаларды жасады.
Швейцарияның Федералды Технология Институты әзірлеген азобензол туындылары ультракүлгін сәулелер астында молекулалық конфигурацияға айналады, 1.2МДж/кг дейін энергияны сақтайды және көрінетін жарықпен қоздырылғанда қайтымды түрде бөлінеді. Бұл «молекулалық көктемді» құрылыс материалдарына қолдану үйдің сыртқы қабырғасын күні-түні өздігінен реттелетін жылу қоймасына айналдыруы мүмкін.
Қорғасын сульфидінің кванттық нүктелері мен графен композиттік электродтары фотоэлектрлік энергияны сақтайтын біріктірілген құрылғыларда 99% зарядтау және разряд тиімділігіне қол жеткізеді. Америка Құрама Штаттарындағы NREL зертханасының прототипі стандартты жарықта 5 минутта толық зарядталады және циклдің ұзақтығы 100,000 XNUMX еседен асады.
Материалдық революцияның қараңғы жағы: қиындықтар мен серпілістер
Дунхуан фотоэлектр стансасының жанында істен шыққан ондаған мың тонна фотоэлектрлік панельдер күміс төбелерге үйіліп, материалдық айналымның қатыгез шындығын ашады. Кристалды кремний компоненттеріндегі күміс пен қорғасынды қалпына келтіру құны материалдың құнынан үш есе жоғары, ал перовскит батареяларында қорғасынның ағып кету қаупі толығымен шешілмеген. Еуропалық Одақтың Фотоэлектрлік қайта өңдеу альянсы әзірлеген плазмалық ыдырау технологиясы модуль материалдарының қалпына келу жылдамдығын 97%-ға дейін арттыра алады, бірақ өңдеу құны әлі де 0.3 еуро/кг дейін жоғары.
Жаңа материалдарды әзірлеу циклі мен энергияның ауысу жылдамдығы арасындағы сәйкессіздік одан да күрделі. Зертханадан бастап коммерцияландыруға дейін қатты күйдегі батареялар 30 жылды алды, ал көміртегі бейтараптығының жаһандық мақсатына небәрі 26 жыл қалды. АҚШ Энергетика министрлігінің Материалдар геномы жобасы кандидат материалдарын скрининг үшін AI пайдаланады, бұл зерттеу мен әзірлеу циклін 70%-ға қысқартады және 12 жаңа сутегі сақтау материалын ашты.
Антарктидадағы ғылыми-зерттеу станциялары полярлық күндерде ұзақ қыс түндерінде күн сәулесін сақтау үшін фазалық өзгерістер материалдарын пайдаланғанда және африкалық ауылдар медициналық жабдықты іске қосу үшін фотоэлектрлік қуатты сақтау үшін темір-хром ағынының батареяларын пайдаланғанда, күн сақтау материалдары адамзат өркениетінің энергетикалық ландшафтын қайта құруда. Бұл тек технологияның алға басуы ғана емес, сонымен бірге энергияның табиғатын қайта түсіну - лезде энергияның жарылыстарына ұмтылудан бастап, энергия желісінің кеңістік-уақыт еркіндігін құруға дейін. Бәлкім, бір күні біз енді күн энергиясының өзін емес, бүкіл материалдық әлемді бағдарламаланатын энергия тасымалдаушысына сақтайтын шығармыз, сонда адамдар күннің күшін шынымен түсінетін болады.
Tags:
Сауд Арабиясының лагерь басқару күн энергиясы фотоэлектрлік жобасы
Еуропалық 4МВт/сағ энергия сақтау жобасы
Шанхайдағы Хуидзю күн көліктері жобасы
Сингапурдың өндірістік компанияларына арналған шағын коммерциялық энергия сақтау жүйесі жобасы
Қытайдың Хунань провинциясының көрікті аймағының микротор жүйесі жобасы
