Energiatárolás

admin 0 Comments Articles

Energiatárolás

OutlineEdit

Az alábbi lista az energiatárolás különböző típusait tartalmazza:

MechanikaiSzerkesztés

Energiát lehet tárolni a magasabbra pumpált vízben szivattyús tárolási módszerekkel vagy szilárd anyag magasabb helyre történő mozgatásával (gravitációs akkumulátorok). Más kereskedelmi mechanikai módszerek közé tartozik a levegő sűrítése és a lendkerekek, amelyek az elektromos energiát belső energiává vagy mozgási energiává alakítják át, majd vissza, amikor az elektromos igény csúcsosodik.

VízerőműSzerkesztés

A víztározókkal rendelkező vízerőműveket úgy lehet működtetni, hogy a csúcskereslet idején villamos energiát szolgáltassanak. A vizet a tározóban tárolják az alacsony kereslet idején, és akkor engedik ki, amikor a kereslet magas. A nettó hatás hasonló a szivattyús tároláshoz, de a szivattyúzási veszteség nélkül.

Míg egy víztározó nem tárolja közvetlenül a más termelőegységekből származó energiát, egyenértékűen viselkedik azzal, hogy csökkenti a teljesítményt olyan időszakokban, amikor más forrásokból származó többlet villamos energia áll rendelkezésre. Ebben az üzemmódban a gátak az energiatárolás egyik leghatékonyabb formája, mivel csak a termelés időzítése változik. A vízturbinák indítási ideje néhány perces nagyságrendű.

Szivattyús víztározóSzerkesztés

A kanadai Niagara-vízesésnél található Sir Adam Beck áramtermelő komplexum, amely egy nagy szivattyús víztározót tartalmaz, amely a csúcsigény időszakaiban további 174 MW villamos energiát biztosít.

Világszerte a szivattyús tárolású vízenergia (PSH) az aktív hálózati energiatárolás legnagyobb kapacitású formája, és 2012 márciusában az Electric Power Research Institute (EPRI) jelentése szerint a PSH a világ ömlesztett tárolási kapacitásának több mint 99%-át teszi ki, ami mintegy 127 000 MW-ot jelent. A PSH energiahatékonysága a gyakorlatban 70% és 80% között változik, az állítások szerint akár 87% is lehet.

Az alacsony elektromos igény idején a többlet termelési kapacitást arra használják, hogy egy alacsonyabb forrásból vizet pumpáljanak egy magasabb tározóba. Amikor az igény megnő, a vizet egy turbinán keresztül visszaengedik egy alacsonyabb tározóba (vagy vízi útba vagy víztömegbe), villamos energiát termelve. A megfordítható turbinagenerátor-egységek szivattyúként és turbinaként is működnek (általában Francis-turbina kialakításúak). Szinte minden létesítmény kihasználja a két víztest közötti magasságkülönbséget. A tisztán szivattyús-tározós erőművek a vizet tározók között tolják el, míg a “pump-back” megközelítés a szivattyús-tározós és a hagyományos vízerőművek kombinációja, amelyek a természetes áramlást használják.

Sűrített levegőSzerkesztés

Egy sűrített levegővel működő mozdony, amelyet 1928 és 1961 között használtak egy bányában.

A sűrített levegős energiatárolás (CAES) a többletenergiát levegő sűrítésére használja fel a későbbi villamosenergia-termeléshez. Kisméretű rendszereket már régóta használnak olyan alkalmazásokban, mint például a bányamozdonyok meghajtása. A sűrített levegőt egy földalatti tározóban, például egy sókupolában tárolják.

A sűrített levegős energiatároló (CAES) üzemek áthidalhatják a termelés volatilitása és a terhelés közötti szakadékot. A CAES-tárolás a fogyasztók energiaszükségleteit elégíti ki azáltal, hogy hatékonyan biztosítja a kereslet kielégítéséhez szükséges, azonnal rendelkezésre álló energiát. A megújuló energiaforrások, mint a szél- és a napenergia, változóak. Így azokban az időszakokban, amikor kevés energiát szolgáltatnak, más energiaformákkal kell kiegészíteni őket az energiaigény kielégítése érdekében. A sűrített levegős energiatároló üzemek az energiatúltermelés idején képesek felvenni a megújuló energiaforrások által termelt többletenergiát. Ez a tárolt energia később felhasználható, amikor a villamos energia iránti kereslet megnő, vagy az energiaforrások elérhetősége csökken.

A levegő sűrítése hőt termel; a levegő a sűrítés után melegebb. A táguláshoz hőre van szükség. Ha nem adunk hozzá plusz hőt, a levegő a tágulás után sokkal hidegebb lesz. Ha a tömörítés során keletkező hő tárolható és felhasználható a tágulás során, a hatásfok jelentősen javul. A CAES-rendszer háromféleképpen kezelheti a hőt. A levegő tárolása lehet adiabatikus, diabatikus vagy izotermikus. Egy másik megközelítés a sűrített levegőt járművek meghajtására használja.

LendkerékSzerkesztés

Egy tipikus lendkerék fő összetevői.

Egy Flybrid kinetikus energia-visszanyerő rendszer lendkereke. A Forma-1-es versenyautókon való használatra épült, a fékezés során rögzített mozgási energia visszanyerésére és újrahasznosítására alkalmazzák.

A Flywheel energy storage (FES) úgy működik, hogy egy rotor (lendkerék) nagyon nagy sebességre gyorsul, és az energiát forgási energiaként tárolja. Energia hozzáadásakor a lendkerék forgási sebessége növekszik, energia kivonásakor pedig az energia megőrzése miatt a sebesség csökken.

A legtöbb FES-rendszer villamos energiát használ a lendkerék gyorsításához és lassításához, de a mechanikai energiát közvetlenül felhasználó eszközök is megfontolás alatt állnak.

A FES-rendszerek rotorjai nagy szilárdságú szénszálas kompozitokból készülnek, mágneses csapágyakkal felfüggesztve, és 20 000 és több mint 50 000 percenkénti fordulatszámmal (rpm) pörögnek egy vákuumházban. Az ilyen lendkerekek percek alatt elérhetik a maximális sebességet (“töltés”). A lendkerékrendszer egy kombinált elektromos motor/generátorhoz csatlakozik.

A FES-rendszerek viszonylag hosszú élettartamúak (évtizedekig tartanak kevés karbantartással vagy karbantartás nélkül; a lendkerekekre megadott teljes ciklusos élettartam 105-nél több, akár 107 használati ciklusig terjed), nagy fajlagos energiával (100-130 W-h/kg, vagy 360-500 kJ/kg) és teljesítménysűrűséggel rendelkeznek.

Szilárd tömegű gravitációs Edit

A szilárd tömegek magasságának változtatásával energiát lehet tárolni vagy felszabadítani egy elektromotorral/generátorral hajtott emelőrendszeren keresztül. Tanulmányok szerint az energia felszabadulása már 1 másodperces figyelmeztetéssel megkezdődhet, így a módszer hasznos kiegészítő betáplálást jelenthet a villamosenergia-hálózatba a terhelési hullámok kiegyenlítésére.

A tárolt energia visszanyerésének hatékonysága elérheti a 85%-ot.

Ez úgy érhető el, hogy a tömegeket régi függőleges bányaaknákban vagy speciálisan kialakított tornyokban helyezik el, ahol a nehéz súlyokat az energia tárolásához felhúzzák, majd az energia felszabadításához ellenőrzött süllyedést engednek. 2020-ban a skóciai Edinburghban épül egy függőleges tároló prototípusa

A potenciális energiatárolás vagy gravitációs energiatárolás aktív fejlesztés alatt állt 2013-ban a kaliforniai független rendszerirányítóval együttműködve. Vizsgálták az elektromos mozdonyok által hajtott, földdel töltött tartálykocsik mozgatását alacsonyabb magasságból magasabbra.

Az egyéb javasolt módszerek közé tartoznak:-

• sínek és daruk használata betonsúlyok felfelé és lefelé történő mozgatására;
• nagy magasságú, napenergiával működő ballonplatformok használata, amelyek csörlőket támogatnak az alattuk lógó szilárd tömegek felemelésére és leengedésére,
• óceáni uszály által támogatott csörlők használata a tengerfelszín és a tengerfenék közötti 4 km (13 000 láb) magasságkülönbség kihasználására,

Az alsó-ausztriai Krems an der Donau melletti Theissből származó, 2 GWh hőteljesítményű távhő-akkumulációs torony

ThermalEdit

A termikus energiatárolás (TES) a hő átmeneti tárolása vagy elvezetése.

Érzékelhető hő termikusEdit

Az érzékelhető hőtárolás az anyagban lévő érzékelhető hőt használja ki az energia tárolására.

A szezonális hőenergia-tárolás (STES) lehetővé teszi a hő vagy hideg felhasználását hónapokkal a hulladék energiából vagy természetes forrásokból történő gyűjtése után. Az anyag tárolható zárt víztartó rétegekben, geológiai aljzatba, például homokba vagy kristályos alapkőzetbe fúrt fúrások csoportjaiban, kaviccsal és vízzel töltött bélelt gödrökben vagy vízzel töltött bányákban. A szezonális hőenergia-tárolási (STES) projektek gyakran négy-hat év alatt térülnek meg. Erre példa a kanadai Drake Landing Solar Community, ahol az egész éves hőellátás 97%-át a garázstetőkön elhelyezett napkollektorok biztosítják, az alaptechnológiát pedig egy fúrt kútból származó hőenergia-tároló (BTES) képezi. A dániai Braedstrupban a közösség napkollektoros távfűtési rendszere szintén STES-t használ, 65 °C-os (149 °F) hőmérsékleten. A hőszivattyú, amely csak akkor működik, ha a nemzeti hálózaton többlet szélenergia áll rendelkezésre, a hőmérsékletet 80 °C-ra emeli az elosztáshoz. Ha a szél által termelt többletáram nem áll rendelkezésre, gázkazánt használnak. Braedstrup hőtermelésének húsz százaléka napenergia.

Látens hőtároló (LHTES)Edit

A látens hőtároló rendszerek úgy működnek, hogy hőt adnak át egy anyagnak vagy egy anyagból, hogy megváltoztassák annak fázisát. A fázisváltás az olvadás, megszilárdulás, elpárolgás vagy elfolyósodás. Az ilyen anyagot fázisváltó anyagnak (PCM) nevezzük. Az LHTES-ekben használt anyagok gyakran nagy látens hővel rendelkeznek, így a fajlagos hőmérsékletükön a fázisváltás nagy mennyiségű energiát vesz fel, sokkal többet, mint az érzékelhető hő.

A gőzakkumulátor az LHTES egy olyan típusa, ahol a fázisváltás folyadék és gáz között történik, és a víz látens gőzhőjét használja fel. A jégtárolós légkondicionáló rendszerek a csúcsidőn kívüli villamos energiát használják a hideg tárolására a víz jéggé fagyasztásával. A jégben tárolt hideg az olvadási folyamat során felszabadul, és csúcsidőben hűtésre használható.

Kriogén hőenergia-tárolásSzerkesztés

Szerkesztés

Szerkesztés

A levegő a meglévő technológiákkal villamos energiával történő hűtéssel cseppfolyósítható és kriogénként tárolható. A folyékony levegő ezután egy turbinán keresztül kitágítható, és az energia villamos energiaként visszanyerhető. A rendszert 2012-ben mutatták be egy kísérleti üzemben az Egyesült Királyságban. 2019-ben a Highview bejelentette, hogy Észak-Angliában és Vermont északi részén 50 MW-os létesítményt tervez építeni, a tervezett létesítmény öt-nyolc órányi energia tárolására képes, ami 250-400 MWh tárolási kapacitást jelent.

Carnot-akkumulátorSzerkesztés

Szemlégy főcikk Carnot-akkumulátor

A villamos energia rezisztív fűtéssel vagy hőszivattyúkkal hőtárolókban tárolható, és a tárolt hő Rankine-ciklus vagy Brayton-ciklus segítségével alakítható vissza villamos energiává.Ezt a technológiát tanulmányozták a meglévő széntüzelésű erőművek fosszilis tüzelőanyagoktól mentes termelőrendszerekké történő átalakítására. A széntüzelésű kazánokat magas hőmérsékletű hőtárolóval helyettesítik, amelyet a változó megújuló energiaforrásokból származó felesleges villamos energiával töltenek fel. 2020-ban a Német Űrkutatási Központ megkezdi a világ első nagyméretű Carnot-akkumulátor-rendszerének építését, amely 1000 MWh tárolókapacitással rendelkezik.

ElektrokémiaiSzerkesztés

Újratölthető akkumulátorSzerkesztés

Egy adatközpontban szünetmentes áramforrásként használt újratölthető akkumulátorbank

Az újratölthető akkumulátor egy vagy több elektrokémiai cellából áll. Azért nevezik “szekunder cellának”, mert elektrokémiai reakciói elektromosan reverzibilisek. Az újratölthető akkumulátorok számos formában és méretben léteznek, a gombelemektől kezdve a megawattos hálózati rendszerekig.

Az újratölthető akkumulátorok összköltsége és környezeti hatása alacsonyabb, mint a nem újratölthető (eldobható) akkumulátoroké. Egyes újratölthető akkumulátortípusok ugyanolyan formában kaphatók, mint az eldobhatóak. Az újratölthető akkumulátorok kezdeti költsége magasabb, de nagyon olcsón újratölthetők és sokszor felhasználhatók.

Az újratölthető akkumulátorok általános kémiai összetételei a következők:

• Ólomsavas akkumulátor: Az ólomsavas akkumulátorok birtokolják a legnagyobb piaci részesedést az elektromos tároló termékek között. Egyetlen cella töltéskor körülbelül 2 V feszültséget termel. Töltött állapotban a fémes ólom negatív elektróda és az ólomszulfát pozitív elektróda híg kénsav (H2SO4) elektrolitba van merítve. A kisütési folyamat során az elektronok kiszorulnak a cellából, mivel a negatív elektródon ólomszulfát keletkezik, míg az elektrolit vízzé redukálódik.

• Az ólom-sav akkumulátor technológiát széles körben fejlesztették. Karbantartása minimális munkaerőt igényel, és költségei alacsonyak. Az akkumulátor rendelkezésre álló energiakapacitása gyorsan lemerül, ami alacsony élettartamot és alacsony energiasűrűséget eredményez.

• Nikkel-kadmium akkumulátor (NiCd): Elektródaként nikkel-oxid-hidroxidot és fémes kadmiumot használ. A kadmium mérgező elem, és az Európai Unió 2004-ben betiltotta a legtöbb felhasználási módot. A nikkel-kadmium akkumulátorokat szinte teljesen felváltották a nikkel-fémhidrid (NiMH) akkumulátorok.
• Nikkel-fémhidrid akkumulátor (NiMH): Az első kereskedelmi forgalomban kapható típusok 1989-ben jelentek meg. Ezek ma már elterjedt fogyasztói és ipari típusok. Az akkumulátor negatív elektródja a kadmium helyett hidrogénelnyelő ötvözetet tartalmaz.
• Lítium-ion akkumulátor: Számos fogyasztói elektronikai eszközben használják, és az egyik legjobb energia-tömeg aránnyal és nagyon lassú önkisüléssel rendelkezik, amikor nincs használatban.
• Lítium-ion polimer akkumulátor:

Áramlásos akkumulátorSzerkesztés

Az áramlásos akkumulátor úgy működik, hogy egy oldatot egy membránon vezetünk át, ahol az ionok kicserélődnek a cella töltése vagy kisütése érdekében. A cella feszültségét kémiailag a Nernst-egyenlet határozza meg, és a gyakorlati alkalmazásokban 1,0 V és 2,2 V között mozog. A tárolókapacitás az oldat térfogatától függ. Az áramlásos akkumulátor technikailag hasonlít az üzemanyagcellához és az elektrokémiai akkumulátorcellához is. Kereskedelmi alkalmazása hosszú félciklusú tárolásra, például tartalék hálózati áramellátásra szolgál.

SzuperkondenzátorSzerkesztés

Egy szuperkondenzátorral működő elektromos kapabuszflotta egyike egy gyorstöltőállomás-buszmegállóban, amely a 2010-es sanghaji Expo alatt közlekedik. A busz fölé függesztett töltősínek láthatók.

A szuperkondenzátorok, más néven elektromos kettősrétegű kondenzátorok (EDLC) vagy ultrakondenzátorok, az elektrokémiai kondenzátorok egy olyan családja, amely nem rendelkezik hagyományos szilárd dielektrikummal. A kapacitást két tárolási elv, a kettősréteg-kapacitás és az álkapacitás határozza meg.

A szuperkondenzátorok áthidalják a hagyományos kondenzátorok és az újratölthető akkumulátorok közötti szakadékot. Ezek tárolják a legtöbb energiát térfogat- vagy tömegegységre vetítve (energiasűrűség) a kondenzátorok közül. Akár 10 000 farád/1,2 Voltot is eltartanak, ami akár 10 000-szerese az elektrolitkondenzátorokénak, de kevesebb mint feleannyi energiát adnak le vagy vesznek fel egységnyi idő alatt (teljesítménysűrűség).

Míg a szuperkondenzátorok fajlagos energiája és energiasűrűsége körülbelül 10%-a az akkumulátorokénak, teljesítménysűrűségük általában 10-100-szor nagyobb. Ez sokkal rövidebb töltési/kisütési ciklusokat eredményez. Emellett sokkal több töltési-kisütési ciklust tolerálnak, mint az akkumulátorok.

A szuperkondenzátoroknak számos alkalmazása van, többek között:

• Kis tápfeszültség a statikus véletlen hozzáférésű memóriában (SRAM)
• Autók, buszok, vonatok, daruk és liftek energiaellátása, beleértve a fékezésből származó energia visszanyerését, a rövid távú energiatárolást és a burst üzemmódú energiaellátást

Egyéb vegyiEdit

Energia gázbaEdit

A Power to gas a villamos energia átalakítása gáznemű tüzelőanyaggá, például hidrogénné vagy metánná. A három kereskedelmi módszer a villamos energiát arra használja, hogy a vizet elektrolízis segítségével hidrogénné és oxigénné redukálja.

Az első módszer esetében a hidrogént a földgázhálózatba vezetik be, vagy a szállításhoz használják. A második módszer a hidrogént szén-dioxiddal egyesítve metánt állít elő metanizációs reakcióval, például a Sabatier-reakcióval vagy biológiai metanizációval, ami 8%-os extra energiaátalakítási veszteséget eredményez. A metán ezután betáplálható a földgázhálózatba. A harmadik módszer egy fagázfejlesztő vagy egy biogázüzem kimeneti gázát használja fel, miután a biogázjavítót az elektrolízisből származó hidrogénnel keverték, a biogáz minőségének javítására.

HidrogénSzerkesztés

A hidrogén elem a tárolt energia egyik formája lehet. A hidrogén hidrogén üzemanyagcellán keresztül képes villamos energiát előállítani.

A hálózati igény 20%-a alatti penetrációknál a megújuló energiaforrások nem változtatják meg súlyosan a gazdaságosságot; de a teljes igény kb. 20%-a felett a külső tárolás fontossá válik. Ha ezeket a forrásokat ionos hidrogén előállítására használják, akkor szabadon bővíthetők. Az új-fundlandi és labradori Ramea távoli településen 2007-ben kezdődött egy 5 éves közösségi kísérleti program, amely szélturbinákat és hidrogéngenerátorokat használ. Egy hasonló projekt 2004-ben indult Utsira, egy kis norvég szigeten.

A hidrogéntárolási ciklushoz kapcsolódó energiaveszteségek a víz elektrolíziséből, a hidrogén cseppfolyósításából vagy sűrítéséből és a villamos energiává alakításból származnak.

Egy kilogramm hidrogén előállításához körülbelül 50 kW-h (180 MJ) napenergia szükséges, így a villamos energia költsége döntő fontosságú. A 0,03 $/kWh, az Egyesült Államokban szokásos csúcsidőn kívüli nagyfeszültségű hálózati tarifa mellett a hidrogén kilogrammonként 1,50 $-ba kerül a villamos energiáért, ami a benzin 1,50 $/gallon árának felel meg. Az egyéb költségek közé tartozik az elektrolízisüzem, a hidrogén kompresszorok vagy a cseppfolyósítás, a tárolás és a szállítás.

A hidrogén alumíniumból és vízből is előállítható az alumíniumban természetesen előforduló alumínium-oxid gátjának lecsupaszításával és vízhez való bevezetésével. Ez a módszer azért előnyös, mert újrahasznosított alumíniumdobozokat is fel lehet használni hidrogén előállítására, azonban az ezt a lehetőséget hasznosító rendszereket még nem fejlesztették ki kereskedelmi forgalomban, és sokkal összetettebbek, mint az elektrolízis rendszerek. Az oxidréteg eltávolításának gyakori módszerei közé tartoznak a maró katalizátorok, például a nátrium-hidroxid és a galliumot, higanyt és más fémeket tartalmazó ötvözetek.

A föld alatti hidrogéntárolás a hidrogéntárolás gyakorlata barlangokban, sókupolákban és kimerült olaj- és gázmezőkön. Nagy mennyiségű gáznemű hidrogént tárolt barlangokban az Imperial Chemical Industries hosszú évek óta minden nehézség nélkül. Az európai Hyunder projekt 2013-ban jelezte, hogy a szél- és napenergia föld alatti hidrogénnel történő tárolásához 85 barlangra lenne szükség.

A Powerpaste egy magnézium- és hidrogénalapú folyékony gél, amely vízzel reagálva hidrogént szabadít fel. Feltalálója, szabadalmaztatója és fejlesztője a Fraunhofer-Gesellschaft Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials (IFAM). A Powerpaste úgy készül, hogy magnéziumport hidrogénnel kombinálva magnéziumhidridet képez 350 °C-on és öt-hatszoros atmoszférikus nyomáson végzett eljárás során. Ezután egy észtert és egy fémsót adnak hozzá a késztermékhez. A Fraunhofer szerint egy olyan gyártóüzemet építenek, amely a tervek szerint 2021-ben kezdi meg a termelést, és amely évente 4 tonna Powerpaste-et fog előállítani. A Fraunhofer szabadalmaztatta találmányát az USA-ban és az EU-ban. A Fraunhofer azt állítja, hogy a Powerpaste a hasonló méretű lítium akkumulátorok energiasűrűségének tízszeresével képes hidrogénenergiát tárolni, és biztonságos és kényelmes az autóipari helyzetekben.

MetánSzerkesztés

A metán a legegyszerűbb szénhidrogén, molekuláris képlete CH4. A metán könnyebben tárolható és szállítható, mint a hidrogén. A tárolási és égetési infrastruktúra (csővezetékek, gázmérők, erőművek) kiforrott.

A szintetikus földgáz (syngas vagy SNG) hidrogénből és oxigénből kiindulva többlépcsős eljárással állítható elő. A hidrogént ezután a Sabatier-folyamatban szén-dioxiddal reagáltatják, metánt és vizet előállítva. A metánt tárolni lehet, és később villamos energia előállítására lehet felhasználni. A keletkező vizet újrahasznosítják, csökkentve ezzel a vízigényt. Az elektrolízis szakaszában az oxigént a metán elégetéséhez egy szomszédos erőműben, tiszta oxigénes környezetben tárolják, így a nitrogén-oxidok megszűnnek.

A metán elégetésekor szén-dioxid (CO2) és víz keletkezik. A szén-dioxid újrahasznosítható a Sabatier-folyamat fellendítésére, a víz pedig a további elektrolízishez. A metán előállítása, tárolása és égetése újrahasznosítja a reakciótermékeket.

A CO2-nak gazdasági értéke van, mint egy energiatárolási vektor összetevője, nem pedig költsége, mint a szén-dioxid-leválasztás és -tárolás esetében.

Power to liquidEdit

A Power to liquid hasonló a Power to gas-hoz, kivéve, hogy a hidrogént folyadékká, például metanollá vagy ammóniává alakítják. Ezeket könnyebb kezelni, mint a gázokat, és kevesebb biztonsági óvintézkedést igényelnek, mint a hidrogén. Felhasználhatók a közlekedésben, beleértve a repülőgépeket, de ipari célokra vagy az energiaszektorban is.

BioüzemanyagokSzerkesztés

A különböző bioüzemanyagok, például a biodízel, a növényi olaj, az alkoholos üzemanyagok vagy a biomassza helyettesíthetik a fosszilis üzemanyagokat. Különböző kémiai eljárásokkal a szénben, földgázban, növényi és állati biomasszában és szerves hulladékokban lévő szén és hidrogén rövid szénhidrogénekké alakítható, amelyek alkalmasak a meglévő szénhidrogén üzemanyagok helyettesítésére. Ilyen például a Fischer-Tropsch-dízel, a metanol, a dimetil-éter és a szingáz. Ezt a dízelforrást széles körben használták a második világháborúban Németországban, ahol a nyersolajkészletekhez való hozzáférés korlátozott volt. Dél-Afrika hasonló okokból az ország dízelének nagy részét szénből állítja elő. Hosszú távon 35 USD/barrell feletti olajár gazdaságossá teheti az ilyen nagyüzemi szintetikus folyékony üzemanyagokat.

AlumíniumSzerkesztés

Az alumíniumot számos kutató javasolta energiatárolónak. Elektrokémiai egyenértéke (8,04 Ah/cm3) közel négyszer nagyobb, mint a lítiumé (2,06 Ah/cm3). Az alumíniumból hidrogén előállítása céljából vízzel való reakcióval nyerhető ki energia. Előbb azonban meg kell szabadítani természetes oxidrétegétől, amihez porlasztásra, maró anyagokkal való kémiai reakciókra vagy ötvözésekre van szükség. A hidrogén előállítására irányuló reakció mellékterméke az alumínium-oxid, amely a Hall-Héroult-eljárással újrahasznosítható alumíniummá, így a reakció elméletileg megújítható. Ha a Hall-Héroult-folyamatot nap- vagy szélenergiával működtetik, az alumíniumot a termelt energia tárolására lehetne használni, nagyobb hatékonysággal, mint a közvetlen napelektrolízist.

Bór, szilícium és cinkSzerkesztés

A bórt, a szilíciumot és a cinket javasolták energiatárolási megoldásként.

Egyéb kémiaiEdit

A norbornadién szerves vegyület fény hatására kvadriciklánná alakul, a napenergia kémiai kötések energiájaként tárolva. Svédországban molekuláris naphőrendszerként működő rendszert fejlesztettek ki.

Elektromos módszerekSzerkesztés

KondenzátorSzerkesztés

Ez a mylar-filmes, olajjal töltött kondenzátor nagyon kis induktivitással és alacsony ellenállással rendelkezik, hogy a nagy teljesítményű (70 megawatt) és nagyon nagy sebességű (1.2 mikroszekundumos) kisülések, amelyek a festéklézer működtetéséhez szükségesek.

A kondenzátor (eredeti nevén “kondenzátor”) egy passzív, kétvégű elektromos alkatrész, amelyet az energia elektrosztatikus tárolására használnak. A gyakorlati kondenzátorok széles skálán mozognak, de mindegyik tartalmaz legalább két elektromos vezetőt (lemezeket), amelyeket egy dielektrikum (azaz szigetelő) választ el egymástól. A kondenzátor a töltőáramkörről leválasztva is képes elektromos energiát tárolni, így átmeneti akkumulátorként, vagy más típusú újratölthető energiatároló rendszerekhez hasonlóan használható. A kondenzátorokat általában elektronikus eszközökben használják az áramellátás fenntartására, amíg az akkumulátorok cserélődnek. (Ez megakadályozza az információvesztést az illékony memóriában.) A hagyományos kondenzátorok kilogrammonként kevesebb mint 360 joule-t szolgáltatnak, míg egy hagyományos alkáli akkumulátor sűrűsége 590 kJ/kg.

A kondenzátorok a lemezek közötti elektrosztatikus mezőben tárolják az energiát. A vezetők közötti potenciálkülönbség esetén (pl. amikor egy kondenzátort egy akkumulátorral szemben csatlakoztatunk) elektromos mező alakul ki a dielektrikumon keresztül, amelynek hatására az egyik lemezen pozitív töltés (+Q), a másik lemezen pedig negatív töltés (-Q) gyűlik össze. Ha egy akkumulátort elegendő ideig csatlakoztatunk egy kondenzátorhoz, akkor a kondenzátoron nem folyhat át áram. Ha azonban a kondenzátor vezetékein gyorsító vagy váltakozó feszültséget kapcsolunk, akkor elmozdulási áram folyhat. A kondenzátorlemezek mellett a töltés egy dielektromos rétegben is tárolható.

A kapacitás nagyobb, ha a vezetők között keskenyebb a távolság, és ha a vezetők nagyobb felülettel rendelkeznek. A gyakorlatban a lemezek közötti dielektrikum kis mennyiségű szivárgási áramot bocsát ki, és rendelkezik egy elektromos térerősséghatárral, amelyet átütési feszültségnek nevezünk. A dielektrikum nagyfeszültségű átütés utáni helyreállásának hatása azonban ígéretes az öngyógyító kondenzátorok új generációjának kialakításához. A vezetők és a vezetékek nemkívánatos induktivitást és ellenállást vezetnek be.

A kutatások a digitális kvantumakkumulátorok nanoszintű kondenzátorainak kvantumhatásait vizsgálják.

Szupravezető mágnesekSzerkesztés

A szupravezető mágneses energiatároló (SMES) rendszerek az energiát egy szupravezető tekercsben folyó egyenáram által létrehozott mágneses mezőben tárolják, amelyet a szupravezető kritikus hőmérséklete alá hűtöttek. Egy tipikus SMES-rendszer szupravezető tekercset, teljesítménykondicionáló rendszert és hűtőszekrényt tartalmaz. A szupravezető tekercs feltöltése után az áram nem bomlik le, és a mágneses energia korlátlan ideig tárolható.

A tárolt energia a tekercs kisütésével a hálózatba juttatható. A kapcsolódó inverter/egyenirányító mindkét irányban kb. 2-3% energiaveszteséget okoz. Az energiatárolás során a SMES veszíti a legkevesebb villamos energiát a többi energiatárolási módszerrel összehasonlítva. Az SMES-rendszerek 95%-nál nagyobb oda-vissza hatásfokot kínálnak.

A hűtés energiaigénye és a szupravezető huzalok költsége miatt az SMES-t rövid ideig tartó tárolásra, például az energia minőségének javítására használják. A hálózati kiegyenlítésben is alkalmazhatók.