Файл: Отчет по практике Наименование практики Производственная практика проектная практика студент.docx

Недостатки использования данного метода:

Основным недостатком данного проекта является необходимость определения несущей способности перекрытий зданий, чтобы понять величину массы максимального груза, который может выдержать потолок без обрушения, ведь данная технология предполагает использование достаточно массивных грузов. Также встает вопрос нахождения оптимального места для размещения этих грузов, ведь они могут принести значительных дискомфорт для людей в здании. Другим недостатком данной системы является то, что она применима только в районах, где имеется скопление высотных зданий, в противном случае описываемый метод хранения энергии не эффективен.

Итог:

По мнению исследователей, если все существующие в мире высотные здания обеспечить описанной выше системой, можно получить от 30 до 300 гигаватт-часов энергии, что более чем достаточно для обеспечения работы всего Нью-Йорка в течение месяца при текущем уровне потребления, что явственно способно принести значительный вклад в развитие экологичной энергетической отрасли.

Хранение энергии в камне [7]

Как же она работает?

Тестовая установка ETES (electric thermal energy storage) в Гамбурге, Германия, расположившаяся на месте выведенной из эксплуатации электростанции, конвертирует электрическую энергию в нагретый воздух, используя резистивный нагреватель и воздуходувку, чтобы нагреть около 1000 тонн вулканической породы до 750°C. Затем, во время высокого спроса на электроэнергию, скопленная тепловая энергия преобразуется назад в электричество с помощью паровой турбины. Благодаря эффективной изоляции тепло может храниться в течение недели или дольше. Siemens Gamesa заявляет, что экспериментальная установка может сохранять до 130 МВт*ч в течение недели.



Какие преимущества?

Из преимуществ :

* Цена производства.

В системе используется 80% готовых компонентов и существующих мощностей по производству и передаче электроэнергии, принадлежащих выведенным из эксплуатации традиционным электростанциям, что позволяет держать затраты на очень низком уровне.

* Нет верхнего предельного размера для емкости накопителя (чем больше камней, тем больше емкость)

* Экономичность хранения энергии

Итог:

Способ хранения энергии в камне имеет ряд преимуществ относительно других технологий и является достойной технологией для введения в эксплуатацию.

---

Хранение энергии в аммиаке [8]

Как производится аммиак:

В настоящее время большая часть аммиака производится с использованием процесса Габера – Боша для связи азота из воздуха путем его реакции с водородом при температуре более 450 ° C и давлении до 200 бар . Это очень энергоемкий и углеродоемкий процесс. Водород обычно извлекается из природного газа, угля или нефти, выделяя при этом CO₂. Однако цена на зеленый водород, производимый электролизом с использованием возобновляемых источников энергии, быстро падает и, как ожидается, к 2030 году упадет ниже цены на водород из ископаемого топлива. Текущие планы производства возобновляемого аммиака предполагают использование зеленого водорода, за которым следует традиционный метод Габера. –Bosch process. Достижение устойчивого состояния процесса занимает часы или даже дни, а это означает, что аммиак подходит только для длительного хранения.

Электрохимический синтез - это альтернативный передовой процесс производства возобновляемого аммиака в одном реакторе с подачей воды и азота. Различные электролиты могут производить синтез при температурах от 20 ° C до 800 ° C. Хотя в настоящее время этот процесс находится на начальной стадии, ожидается, что этот процесс в конечном итоге будет проще, при этом потребление энергии будет таким же, как у электролизера и процесса Габера – Боша.

Достоинства использования аммиака для хранения энергии:

  У водорода и аммиака примерно одинаковая энергоемкость и стоимость. Однако, поскольку «жидкий аммиак» имеет на 50 % большую плотность энергии, чем «жидкий водород», экономическая выгода этого ресурса может оказаться выше. Кроме того, если сравнивать с водородом, то с аммиаком легче и безопаснее обращаться. В частности, давление паров аммиака (10 бар при

25 ⁰C) намного ниже, чем у водорода, что в значительной степени позволяет упростить конструкцию резервуаров для его хранения и транспортировки. Из-за своих специфических физических свойств аммиак может использоваться для

---

хранения большого количества энергии в течение длительного времени в переносимой форме.

Недостатки использования аммиака для хранения энергии:

Использование аммиака имеет ряд недостатков. Прямому сжиганию NH₃ технически препятствует его низкая воспламеняемость и интенсивность теплового излучения. Это затрудняет самоподдерживающееся горение аммиака. В то же время, даже при успешном сжигании NH₃ возникает «дополнительная проблема, связанная с высокими выбросами NOx в процессе горения топлива».

Вот почему для снижения выбросов NOx необходимо применение некоторых более совершенные технологий, таких как избирательное каталитическое восстановление. Однако это приведет к дополнительным расходам. Следовательно, при существующих в настоящее время технологиях это топливо вряд ли будет использоваться для сжигания. Другой недостаток аммиака заключается в том, что экологически чистое производство аммиака еще не налажено. Это подразумевает популяризацию нетрадиционного производства аммиака.

Несмотря на то, что аммиак менее воспламеняемый, чем водород, он очень токсичен. Этот фактор, по-видимому, является «одним из основных препятствий для развертывания этой технологий». Если произойдет какая-либо утечка, это может не только создать предпосылки для эвтрофикации водоемов, но и создать серьезную угрозу для здоровья населения.

3.3 Анализ научных тенденций высокотемпературных батарей и проточных батарей.

Развитие высокотемпературных батарей [9]

В натрий никель-хлоридных аккумуляторах используются недорогие составляющие – расплавленный натрий, хлорид никеля (II), керамический твердый электролит (бета-глинозем) и расплавленный алюмохлорид натрия [NaAlCl4] в качестве жидкого электролита.

По многим техническим и технологическим параметрам они могут заменить дорогие литий-ионные аккумуляторы: у них достаточно высокая удельная емкость, нулевой уровень саморазряда, они экологически безопасны, герметичны. При низкой стоимости и доступности основных материалов аккумуляторов у них высокие показатели как цикличности (2500–3000 полных циклов), так и удельной энергоемкости (140 Вт·ч/кг и 280 Вт·ч/л), срок службы свыше семи лет.

Однако система начинает стабильно функционировать только при высокой температуре электролита >245 °С, на практике такие аккумуляторы требуют прогрева как минимум до 270 °С, в процессе работы изменяется сопротивление электролита.

---

Авторы статьи исследовали систему, состоящую из хлоридов натрия, лития и трихлорида алюминия с целью возможного уменьшения температуры запуска аккумулятора и стабилизации работы при минимальной температуре.

Изучены электропроводность, термохимические и электрохимические свойства системы состоящей из расплавов трихлорида алюминия и хлоридов натрия-лития, взятых в разных соотношениях.

Показана возможность уменьшения температуры запуска никель-хлоридного аккумулятора при частичной замене хлорида натрия хлоридом лития, а также стабилизация работы при минимальной температуре 240 °С.

Установлена допустимость использования оптимальных составов системы в качестве электролита в натрий никель-хлоридных аккумуляторах.

Найдено, что состав 0,5AlCl3-0,23LiCl-0,27NaCl имеет минимальные температуру плавления (111 °С) и энергию активации проводимости (8,9 кДж∙моль-1), достаточно высокую электропроводность (0,53 См∙см-1 при
250 °С).

ЭДС 2,68 В стабильна от 240 °C до 380 °C и соответствует теорети-

ческой разности потенциалов, рассчитанной для химической реакции.

Также отметим некоторые статьи, показывающие развитие технологий высокотемпературных батарей:

«Исследование развития Ns-S батарей» [10], «Прогресс и проблемы высокотемпературных натрий-серных батарей» [11].

Анализ научных тенденций проточных батарей

Сейчас наиболее распространенным типом проточных аккумуляторов считаются ванадиевые батареи (VRB) [12]



Однако, стоимость ванадиевых батарей достаточно велика — даже для самых дешевых аккумуляторов она составляет более $300 на кВт•ч, в то время как, по оценкам Министерства энергетики США, для широкого распространения цена аккумулятора должна быть не выше $100 за кВт•ч. Однако, только цена приобретения ванадия, который используется в системе, составляет приблизительно $80 на кВт•ч.

И для того, чтобы снизить цену группа ученых во главе с Майклом Азизом (Michael J. Aziz) из Гарвардского университета (Harvard University, США) заменила ванадий на хиноны (органические соединения). Экспериментальный образец потокового аккумулятора включает в себя емкости с водным раствором хинона и жидкого брома. При прохождении через генераторную ячейку молекулы хинона отдают пару протонов и электронов, а из каждой молекулы брома образуется две молекулы бромистого водорода.

---

Хинонгидрохиноновая реакция по сравнению с ванадиевой происходит приблизительно в 1000 раз быстрее. Хиноновый аккумулятор получился в десять раз меньше ванадиевого. Цена хинона составляет около $27 на 1 кВт•ч емкости, поэтому можно ожидать, что при серийном выпуске удастся уложиться в вышеупомянутые $100 за 1 кВт•ч. Однако его энергоемкость оставляла желать лучшего и поэтому нужна была технология, которая решит эту проблему.

Один из вариантов решения проблемы был предложен учеными из технологического института Массачусетса, которые представляют фирму 24M Technologies. В экспериментах ученые использовали специальную суспензию — смесь жидкого электролита с твердыми наночастицами оксида лития-кобальта и углерода. Данную суспензию они назвали «полутвердая проточная ячейка» (semi-solid flow cell, SSFC). Аккумулятор SSFC, по мнению авторов, взял все лучшее и от потоковых, и от традиционных аккумуляторов

Эксперименты показали, аккумулятор SSFC работоспособен, а новый электролит обладает достаточной текучестью. Углерод, помимо транспортировки электронов, стабилизирует в суспензии наночастицы соединений лития, не допуская выпадения их в осадок. Стоимость опытных образцов на данном этапе составляет около $250 за кВт•ч

Доктор Цин Ван (Qing Wang) из Национального университета Сингапура (The National University of Singapore) и его коллеги разработали проточный аккумулятор, в резервуарах которого одновременно содержатся твёрдые и жидкие электролиты. Учёные поместили в катодное отделение гранулы фосфата лития-железа, а в анодное отделение добавили диоксид титана. Для транспортировки ионов из пор твёрдого электролита в разделенную мембраной реакционную ячейку, они использовали специальные жидкости, переносящие заряд, которые известны как окислительно-восстановительные медиаторы. При этом мембрану учёные дополнили специальным полимером, это позволяет ей пропускать ионы лития, но задерживать молекулы жидкости-медиатора. С противоположной стороны мембраны ионы подхватываются другими медиаторами и переносятся к молекулам диоксида титана, где оседают в виде лития. Благодаря применению твёрдых материалов, удельная ёмкость нового аккумулятора составила 500 Вт•ч на один литр электролита, что в десять раз больше, чем у ванадиевых проточных аккумуляторов. Однако у нового аккумулятора есть существенный недостаток в виде незначительной мощности. Полимер мембраны ограничивает поток ионов, что увеличивает время заряда и разряда аккумулятора.

---