Carnotova baterie - Carnot battery - Wikipedia

Zjednodušené schéma typického bateriového systému Carnot

A Carnotova baterie je typ zásobárna energie systémy, které ukládají elektřina v skladování tepelné energie. Během procesu nabíjení se elektřina přeměňuje na teplo a skladuje v akumulaci tepla. Během procesu vybíjení se akumulované teplo přeměňuje zpět na elektřinu.[1][2]

Název „Carnotova baterie“ pochází z Carnotova věta, který popisuje maximální účinnost přeměny tepla na mechanická energie. „Baterie“ označuje, že účelem této technologie je ukládat elektřinu. Účinnost vybíjení baterií Carnot je omezena Carnotova účinnost.

German Aerospace Center (DLR) a University of Stuttgart pracuje na konceptu baterií Carnot, které ukládají elektřinu do vysokoteplotního zásobníku tepla od roku 2014.[3]V roce 2018 byl v roce používán název „Carnotova baterie“ Hannover Messe,[4] jeden z největších světových veletrhů DLR.[3]Koncept baterie Carnot však pokrývá technologie, které byly vyvinuty roky,[5] jako je přečerpávání tepelné energie,[6][7] a Skladování energie kapalného vzduchu.

Pozadí

Při přechodu na nízkouhlíkový energetický systém pronikání Variabilní obnovitelná energie v elektrických energetických systémech se zvyšuje, a to také zvyšuje potřebu zásobárna energie. V současné době je většina nově instalované kapacity pro skladování energie elektrochemická baterie , například lithium-iontové baterie. Tento typ baterie je vhodný pro krátkodobé skladování, ale nemusí být ekonomický po delší dobu kvůli vysokým nákladům na energetickou kapacitu.[5]Skladování tepelné energie může ukládat energii v levných materiálech, jako je voda, kameny, soli. Proto mohou být náklady na rozsáhlé systémy (např. Gigawatthodiny) nižší než u elektrochemických baterií.[3]

Příloha 36 o skladování energie - baterie Carnot je pracovní skupina v rámci Energy Conservation and Energy Storage (ECES), která je jedním z programu Technology Collaboration Program (TCP) v rámci Mezinárodní energetická agentura (IEA).[8]

V roce 2020 začíná DLR budovat první bateriový systém Carnot na světě s výkonem 1 000 MWh, který využívá vysokoteplotní tepelná čerpadla k výrobě tepla a akumulaci tepla v materiálech s fázovou změnou.[9]

Konfigurace systému

Možné technologie přeměny a skladování energie

Systém baterií Carnot lze rozdělit na tři části: Power to Thermal (P2T), Thermal Energy Storage (TES) a Thermal to Power (T2P).

Technologie výroby elektřiny

Elektřina může být přeměněna na teplo různými technologiemi.[1]

  • Odporové topení
  • Tepelné čerpadlo je technologie pro čerpání tepla ze zásobníku s nižší teplotou na vyšší teplotu. Je rozdělena do dvou skupin s ohledem na pracovní princip: Rankinův cyklus a Braytonův cyklus.
    • Rankinův cyklus byl široce používán v konvenčních tepelných čerpadlech.
    • Koncept využití Braytonova cyklu pro nabíjení a vybíjení tepelné energie navrhl Prof. Robert B.Laughlin v roce 2017.[10]
  • Ostatní: v systémech skladování energie v kapalném vzduchu se Claude cyklus se používá ke zkapalňování vzduchu. Lamm – Honigmannův proces využívá termochemické cykly k skrytí energie na teplo.[11]

Skladování tepelné energie

Hlavní článek: Skladování tepelné energie

Podle mechanismu akumulace tepla lze akumulaci tepelné energie rozdělit do tří typů: citelné horko úložný prostor, latentní teplo skladování a termochemické skladování. Pro baterie Carnot byly použity skladovací materiály:

Teplo na elektřinu

Teplo lze převést na energii pomocí termodynamických cyklů, jako je Rankinův cyklus nebo Braytonův cyklus. Některé polovodičové materiály mohou přeměňovat teplo na elektřinu, ale nejsou považovány za Carnotovu baterii, protože se na nich neprojevují žádné termodynamické cykly, například termoelektrické materiály a Slunce v krabici.[12] Typické technologie jsou:

aplikace

Baterie Carnot lze použít jako skladování energie v síti ukládat přebytečnou výrobu z různých obnovitelných zdrojů energie a vyrábět elektřinu, když je to potřeba

Některé bateriové systémy Carnot mohou využívat akumulované teplo nebo chlad pro jiné aplikace, například dálkové vytápění a chlazení pro datová centra.

Baterie Carnot byly navrženy jako řešení pro přeměnu stávajících uhelné elektrárny do fosilní palivo - bezplatný systém výroby výměnou kotle na uhlí.[13][14] Lze použít stávající zařízení v elektrárnách, jako jsou systémy na výrobu energie a přenosové systémy.

Seznam projektů baterií Carnot

Ačkoli je koncept baterie Carnot nový, mnoho stávajících technologií lze klasifikovat jako baterie Carnot.[5]

Viz také

Reference

  1. ^ A b Dumont, Olivier; Frate, Guido Francesco; Pillai, Aditya; Lecompte, Steven; De paepe, Michel; Lemort, Vincent (2020). „Carnot battery technology: a state-of-the-art review“. Journal of Energy Storage. 32: 101756. doi:10.1016 / j.est.2020.101756. ISSN  2352-152X.
  2. ^ „IEA Energy Storage Annex 36 - Carnot Batteries“. Program technologické spolupráce skladování energie, Mezinárodní agentura pro energii. Citováno 28. října 2020.
  3. ^ A b C „Carnotovy baterie: levné a na místě nezávislé skladování energie v rozsahu gigawatthodin“. Německé letecké a kosmické středisko (DLR). 2018.
  4. ^ „HANNOVER MESSE (průmyslové veletrhy), 23. – 27. Dubna, 2018“.
  5. ^ A b C Josh McTigue (4. prosince 2019). ""Baterie Carnot "pro skladování elektřiny" (PDF). Citováno 29. října 2020.
  6. ^ „Carnot Battery Energy Storage: Cenově efektivnější a flexibilnější řešení pro skladování energie v mřížce“. Rushlight Události. 30. ledna 2019. Citováno 29. října 2020.
  7. ^ Steinmann, Wolf-Dieter; Jockenhöfer, Henning; Bauer, Dan (2019). „Termodynamická analýza konceptů vysokoteplotních baterií Carnot“. Energetická technologie. 8 (3): 1900895. doi:10.1002 / ente.201900895. ISSN  2194-4288.
  8. ^ „Energetická konverze a skladování energie (ECES)“. Citováno 28. října 2020.
  9. ^ „První baterie Carnot na světě uchovává elektřinu v teple“. Německá iniciativa pro energetická řešení. 20. září 2020. Citováno 29. října 2020.
  10. ^ Laughlin, Robert B. (2017). "Přečerpávací zásobník tepelné energie s výměnou tepla". Journal of Renewable and Sustainable Energy. 9 (4): 044103. doi:10.1063/1.4994054. ISSN  1941-7012.
  11. ^ A b Thiele, Elisabeth; Jahnke, Anna; Ziegler, Felix (2020). „Účinnost skladování termochemické energie Lamm – Honigmann“. Pokrok v oblasti tepelné vědy a techniky. 19: 100606. doi:10.1016 / j.tsep.2020.100606. ISSN  2451-9049.
  12. ^ Jennifer Chu (5. prosince 2018). ""Slunce v krabici „by skladovalo obnovitelnou energii pro rozvodnou síť“. Zpravodajská kancelář MIT. Citováno 30. října 2020.
  13. ^ Susan Kraemer (16. dubna 2019). „Vyrobte Carnotovy baterie s akumulací tepelné energie roztavené soli v zařízeních na uhelnou výrobu“. SolarPACES.
  14. ^ „Webinář o bateriích Carnot“ (PDF). Statistiky ATA. Dubna 2019. Citováno 29. října 2020.
  15. ^ Olivier Dumont; Vincent Lemort (září 2020). „První experimentální výsledky tepelně integrované Carnotovy baterie s využitím reverzibilního tepelného čerpadla / organického Rankinova cyklu“. Konference: 2. mezinárodní workshop o bateriích Carnot 2020. Citováno 29. října 2020.

externí odkazy