再生可能エネルギーを貯蔵するために熱を使用する方法

再生可能エネルギーを貯蔵するために熱を使用する方法 断続的な再生可能エネルギー源からのエネルギーをどのように保存できますか? ベニー(私は空です)/ Flickr, CC BY

化石燃料が持つ影響 気候緊急事態 低炭素エネルギー源を使用する国際的な推進を推進しています。 現時点では、低炭素エネルギーを大規模に生産するための最良の選択肢は、風力と太陽光発電です。 しかし、過去数年間の改善にもかかわらず、両方の パフォーマンス 及び コスト、重大な問題が残っています。風が常に吹くとは限らず、太陽が常に輝くとは限りません。 これらの変動するソースに依存する電力網は、常に一致するように努力しています 需要と供給、そして再生可能エネルギー 時々無駄になる 必要なときに生成されないためです。

この問題の主な解決策のXNUMXつは、大規模な 蓄電技術。 これらは、供給が需要を超えたときに電力を蓄積し、逆のことが起こったときに電力を放出することで機能します。 ただし、この方法の問題のXNUMXつは、 膨大な量の電気.

バッテリーなどの既存のストレージテクノロジーは、この種のプロセスには適していません。 単位エネルギーあたりの高コスト。 現在、 99%を超えます 大規模な電力貯蔵の 揚水発電ダム、ポンプまたはタービンを介してXNUMXつの貯水池間で水を移動し、電力を貯蔵または生成します。 ただし、地理的な要件により、揚水水力をどれだけ増やすことができるかには限界があります。

有望な貯蔵オプションのXNUMXつは、揚水式熱電気貯蔵です。 この比較的新しい技術は、 約XNUMX年、現在、パイロットプラントでテストされています。

再生可能エネルギーを貯蔵するために熱を使用する方法 電気の熱への変換は中央回路で行われ、温水タンクと冷水タンクに保存されます。 ポー・ファレス・アントゥネス, 著者提供

揚水式蓄熱は、大規模なヒートポンプを使用して電気を熱に変えることで機能します。 この熱は、断熱されたタンク内の水や砂利などの高温の材料に保存されます。 必要に応じて、熱を使用して電気に戻します 熱機関。 これらのエネルギー変換は 熱力学サイクル、冷蔵庫、自動車のエンジン、火力発電所の運転に使用されるのと同じ物理的原理。

既知の技術

揚熱発電には多くの利点があります。 変換プロセスは、主に従来の技術とコンポーネント(次のような 熱交換器, コンプレッサー, タービン、および発電機)は、電力および加工産業ですでに広く使用されています。 これにより、大規模であっても、揚水式熱電気貯蔵の設計と構築に必要な時間が短縮されます。

貯蔵タンクは、砂利、溶融塩、水などの豊富で安価な材料で満たすことができます。 そして、 バッテリーとは異なり、これらの材料は環境に脅威を与えません。 大型の溶融塩タンクは、長年にわたって太陽光発電所で使用され、成功を収めています。 急成長 過去XNUMX年間。 集中型太陽光発電と揚水式熱貯蔵施設は多くの類似点を共有していますが、集中型太陽光発電所は太陽光を熱として貯蔵してエネルギーを生成し(そしてそれを電気に変換します)、揚水式熱発電所はあらゆるソースからの電気を貯蔵します。とりわけ風力や原子力です。

再生可能エネルギーを貯蔵するために熱を使用する方法 集中型太陽光発電所。 国立再生可能エネルギー研究所, CC BY-NC-ND

展開が簡単でコンパクト

揚水発電所は、地理に関係なく、どこにでも設置できます。 また、グリッドのストレージニーズに合わせて簡単に拡張できます。 バルクエネルギー貯蔵の他の形式は、設置場所によって制限されます。 たとえば、揚水発電では、かなりの貯水池を建設できる山と谷が必要です。 圧縮空気エネルギー貯蔵 大きな地下洞窟に依存しています。

揚水式蓄熱器には より高いエネルギー密度 揚水式の水力発電所よりも大きい(所定の量でより多くのエネルギーを貯蔵できる)。 例えば、 十回 揚水発電所で1メートルの高さで保管された100kgの水と比較して、1°Cで保管された500kgの水からより多くの電気を回収できます。 これは、一定量のエネルギーを保存するために必要なスペースが少なくなるため、プラントの環境フットプリントが小さくなることを意味します。

再生可能エネルギーを貯蔵するために熱を使用する方法 濃縮太陽光発電所の熱エネルギー貯蔵用の溶融塩タンク。 アベンゴア

長い人生

揚水式熱電気貯蔵のコンポーネントは通常、数十年間持続します。 一方、バッテリーは時間とともに劣化し、数年ごとに交換する必要があります。ほとんどの電気自動車のバッテリーは通常、 約XNUMX〜XNUMX年.

ただし、揚水式熱電貯蔵を再生可能エネルギーの大規模な貯蔵に適したものにする多くのものがありますが、欠点があります。 おそらく最大の欠点は、比較的効率が低いことです。つまり、充電中に投入された電力と比較して、放電中に戻される電力の量を意味します。 ほとんどの揚水発電システムは、 50-70%の効率に比べて リチウムイオン電池の場合は80〜90% or 揚水発電の70〜85%.

しかし、おそらく最も重要なのはコストです。それが低ければ低いほど、社会はより低炭素の未来に向かって進むことができます。 揚水発電は 競争力があると期待される 他のストレージテクノロジーを使用する場合–テクノロジーが成熟して完全に商用化されるまで、これは確実にはわかりません。 現状では、 いくつかの 組織 既に持っている ワーキング, 実世界のプロトタイプ。 ポンプ式蓄熱装置のテストと展開の開始が早ければ早いほど、それを使用して低炭素エネルギーシステムへの移行を支援できます。会話

著者について

アントワーヌ公園、揚水熱エネルギー貯蔵の博士候補、 ケンブリッジ大学 エネルギー貯蔵のポスドク研究員であるPau Farres Antunezは、 ケンブリッジ大学

この記事はから再公開されます 会話 クリエイティブコモンズライセンスの下で 読む 原著.

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