Glavni Reference Kako shraniti obnovljivo energijo

Kako shraniti obnovljivo energijo

Fotografija tehnika na strehi, ki preverja sončne celice. Shranjevanje obnovljive energije vključuje shranjevanje energije iz obnovljivih virov, kot je sončna energija.

Fotografija tehnika na strehi, ki preverja sončne celice. Shranjevanje obnovljive energije vključuje shranjevanje energije iz obnovljivih virov, kot je sončna energija. (Zasluge za sliko: Pramote Polyamate prek Getty Images)

Skočiti:

Shranjevanje obnovljive energije je pomembno za pomoč človeštvu pri zmanjševanju odvisnosti od fosilnih goriv, ​​kot sta nafta in premog, ki proizvajata ogljikov dioksid in druge toplogredni plini ta vzrok sprememba podnebja .

Izkoriščanje moči sonca z sončni kolektorji in izkoriščanje vetrne energije z vetrnimi turbinami sta dva pogosta načina pridobivanjaobnovljiva energija. Toda sonce ne sije vedno in veter ne piha vedno, ko želimo elektriko, včasih pa proizvedejo presežek energije, ko je povpraševanje majhno.

Da bi zmanjšali vpliv nedosledne proizvodnje energije iz obnovljivih virov, znanstveniki in inženirji razvijajo načine za shranjevanje odvečne energije za uporabo, ko je potrebna. Obstaja veliko različnih načinov shranjevanja energije, nove tehnike shranjevanja pa se ves čas razvijajo in izpopolnjujejo. Tukaj je nekaj najboljših in najbolj obetavnih metod za shranjevanje obnovljive energije.

Sorodno: Tesla na pomoč? Elon Musk ponuja rešitev za avstralske izpade električne energije

1. Baterije

AA baterija na belem ozadju.

Baterija AA, ki se uporablja v različnih napravah, kot so svetilke.(Zasluge za sliko: Shutterstock)

(odpre se v novem zavihku)

Baterijeso verjetno najbolj znan način shranjevanja energije. Ljudje uporabljamo baterije v vseh vrstah električnih naprav, od pametnih telefonov do avtomobilov. Najbolj priljubljene baterije so litij-ionske baterije, ki se uporabljajo v majhnih napravah in predstavljajo tudi več kot 90 % akumulatorjev v svetovnem električnem omrežju, glede na Inštitut za okoljske in energetske študije (odpre se v novem zavihku)v Washingtonu, D.C., neprofitna organizacija, ki spodbuja trajnostno energijo.

Negativni konec baterije je povezan z elektrodo, imenovano anoda, pozitivni konec pa z drugo elektrodo, imenovano katoda. Elektrolit, tekoča snov električno nabitih ionov v bateriji, se združi z materialom elektrod in povzroči kemično reakcijo, ki ustvari električni tok. V litij-ionskih baterijah anoda in katoda hranita litij, v skladu z Ministrstvo za energijo ZDA (odpre se v novem zavihku). Elektrolit prenaša pozitivno nabite litijeve ione od anode do katode, da nekaj napaja, in obratno, ko je baterija napolnjena, kar je mogoče storiti z uporabo obnovljive energije.

Litij-ionske baterije imajo nekaj slabosti. Na primer, postanejo manj učinkoviti in bolj verjetno bodo sčasoma odpovedali, pravi Inštitut za čisto energijo (odpre se v novem zavihku)na Univerzi v Washingtonu. Njihova proizvodnja v velikem obsegu je tudi draga, pridobivanje surovin, potrebnih za njihovo izdelavo, pa negativno vpliva na okolje. Tako kot večina drugih načinov shranjevanja energije tudi baterije ne zadržijo vse energije, ki je vložena vanje; glede na poročilo iz leta 2020 imajo učinkovitost od 85 % do 95 % Svetovni energetski svet (odpre se v novem zavihku), mreža energetskih voditeljev, ki spodbujajo trajnostno energijo.

Sorodno: Trije znanstveniki so prejeli Nobelovo nagrado za kemijo za razvoj litij-ionske baterije

Diagram prikazuje, kako delujejo baterije.

Diagram prikazuje, kako delujejo baterije.(Avtorstvo slike: Karl Tate, umetnik infografik)

(odpre se v novem zavihku)

2. Črpalni hranilnik hidroenergije

Črpalna hidroelektrarna v Španiji.

Črpalna hidroelektrarna v Španiji.(Zasluge za sliko: Burakyalcin/Shutterstock.com)

(odpre se v novem zavihku)

Črpalna hidroenergija ali črpalna hidroenergija uporablja dva vodna rezervoarja za shranjevanje električne energije. Odvečna energija se porabi za črpanje vode iz nižjega rezervoarja v višji rezervoar. Potem, ko je električna energija potrebna, se voda v višjem rezervoarju sprosti, da teče nazaj v nižji rezervoar skozi turbine, ki proizvajajo elektriko, v skladu s pregledom črpanega shranjevanja hidroenergije iz leta 2021, objavljenim v reviji. Napredek v energetiki (odpre se v novem zavihku). Vsa energija, porabljena za črpanje vode navzgor, se ne pridobi ponovno, ko se sprosti; Po poročilu Svetovnega energetskega sveta za leto 2020 ima skladiščenje vodne energije učinkovitost približno 75 % do 85 %.

Največja črpalna hidroelektrarna na svetu je v Virginiji in po podatkih Inštituta za okoljske in energetske študije oskrbuje približno 750.000 domov. Črpalni sistemi za shranjevanje hidroenergije so običajno vgrajeni v reke ali blizu njih poleg proizvodnje hidroelektrične energije. Lahko pa se uporabljajo tudi z uporabo morske vode iz oceanov. Črpalni sistem za shranjevanje hidroenergije na otoku Okinawa na Japonskem črpa morsko vodo iz oceana na hrib po cevovodu. Sistem nato spusti vodo nazaj navzdol skozi cev, da poganja turbine in proizvaja električno energijo Univerza Strathclyde (odpre se v novem zavihku)na Škotskem.

Sorodno: Rezervoar Hooverjevega jezu doseže rekordno nizko vodostaj

3. Črpalni toplotni hranilnik električne energije

Polje sončnih kolektorjev poleg vetrne turbine ob sončnem zahodu.

Polje sončnih kolektorjev poleg vetrne turbine ob sončnem zahodu. Takšne obnovljive vire energije bi lahko shranili s črpano toplotno elektriko.(Zasluge za sliko: Peter Cade/Getty Images)

(odpre se v novem zavihku)

Črpalno toplotno shranjevanje električne energije vključuje uporabo električne energije, proizvedene iz obnovljivih virov, za ogrevanje gramoza ali drugega materiala, ki zadržuje toploto, znotraj izoliranega rezervoarja. Ta toplota se lahko nato uporabi za proizvodnjo električne energije, ko je to potrebno, glede na članek iz leta 2020 v Pogovor (odpre se v novem zavihku)Antoine Koen, doktorski kandidat na področju črpanega shranjevanja toplotne energije, in Pau Farres Antunez, raziskovalec na področju shranjevanja energije, oba na Univerzi v Cambridgeu v Angliji.

Metoda uporablja lahko dostopne materiale, kot je gramoz, zato jo je mogoče postaviti skoraj povsod. Črpalni toplotni hranilnik električne energije ima pričakovan razpon učinkovitosti med 50 % in 70 %, glede na članek iz leta 2017, objavljen v reviji Pregledi obnovljive in trajnostne energije (odpre se v novem zavihku). Ta tehnologija se še razvija. Prvi demonstracijski črpalni termalni hranilnik električne energije na univerzi Newcastle v Angliji je leta 2019 pokazal 65-odstotno učinkovitost, glede na študijo iz leta 2020, objavljeno v reviji Meje v energetskih raziskavah (odpre se v novem zavihku).

4. Gravitacijsko shranjevanje energije

Podjetje iz Združenega kraljestva Gravitricity razvija tehnologijo, ki bo v celoti izkoristila gravitacijo. Metoda uporablja elektriko za dvigovanje uteži na vitlu, ki se kasneje sprostijo, da zavrti generator električne energije, pri čemer se ponovno pridobi večina energije, porabljene za njihovo dvigovanje. To opremo bi lahko vgradili v opuščene rudniške rove, da bi spustili približno 13.200 ton (12.000 metričnih ton) v jašek, globok več kot 2.620 čevljev (800 metrov), Skrbnik (odpre se v novem zavihku)poročali leta 2019. Tehnologija ima predvideno učinkovitost od 80 % do 90 % glede na Težnost (odpre se v novem zavihku)Spletna stran. Drug sistem, ki temelji na gravitaciji, uporablja odvečno moč, da potegne vlake po klancu navzgor, preden jih pusti, da se vrnejo navzdol, da sprostijo shranjeno energijo,Live Science je že poročal. Podjetje, imenovano Advanced Rail Energy Storage (ARES), razvija enega od teh sistemov v Nevadi, glede na ARES (odpre se v novem zavihku)Spletna stran.

Sorodno: Kako bi lahko 139 držav do leta 2050 oskrbovali s 100-odstotno obnovljivo energijo

5. Shranjevanje energije s stisnjenim zrakom

Ilustracija koncepta shranjevanja energije stisnjenega zraka in vodika.

Ilustracija koncepta shranjevanja energije stisnjenega zraka in vodika.(Zasluge za sliko: Bsd555 prek Getty Images)

Sistemi za shranjevanje energije s stisnjenim zrakom črpajo zrak v podzemno komoro za povečanje tlaka, ki se lahko sprosti na zahtevo za pogon plinskih turbin,Live Science je že poročal. Več energije se proizvede, če elektrarna kuri zemeljski plin v zraku pod visokim pritiskom, vendar to povzroča emisije ogljikovega dioksida. Glede na poročilo Svetovnega energetskega sveta za leto 2020 ima ta sistem lahko učinkovitost med 70 % in 89 %. Obstajata vsaj dve delujoči napravi za shranjevanje energije na stisnjen zrak. Prvi obrat je bil ustanovljen leta 1978 v Huntorfu v Nemčiji, drugi obrat v Alabami pa deluje od leta 1991, glede na študijo iz leta 2021 v reviji Pregledi obnovljive in trajnostne energije (odpre se v novem zavihku).

6. Shranjevanje vodika

vodikse uporablja kot oblika shranjevanja kemične energije. Elektrika se pretvori v vodik s postopkom, imenovanim elektroliza, ki razgradi vodo v njen vodik inkisikelementov, glede na Ministrstvo za energijo ZDA (odpre se v novem zavihku). Vodik se nato lahko shrani in uporabi kot gorivo za proizvodnjo električne energije. Vodik se lahko uporablja tudi za pogon vozil na vodik za zmanjšanje emisij toplogrednih plinov iz prometa.

Glede na poročilo Svetovnega energetskega sveta za leto 2020 ima uporaba vodika za shranjevanje energije učinkovitost od 35 % do 55 %. Vodikove gorivne celice so drage, saj zahtevajo drage kovine, kot je nprplatina. Vendar,uporabljajo se za napajanje in varnostno kopiranje kritičnih objektov, kot so telekomunikacijski releji in obdelava kreditnih kartic, glede na Inštitut za okoljske in energetske študije.

Sorodno: 'Goreča' vodikova plazma v največjem laserju na svetu postavlja fuzijske rekorde

Dodatni viri

Če želite izvedeti več o tem, kako lahko uporabimo obnovljivo energijo za napajanje sveta, si oglejte ta kratek YouTube videoposnetek avtorja TED-Ed (odpre se v novem zavihku). Kako prihraniti denar z varčevanjem z energijo in gorivom, lahko ugotovite na Ministrstvo za energijo ZDA (odpre se v novem zavihku)Spletna stran. Preberite več o prednostih obnovljivih virov energije na Zveza zaskrbljenih znanstvenikov (odpre se v novem zavihku), neprofitna organizacija za zagovorništvo znanosti.

Bibliografija

Napredno shranjevanje energije na železnici, 'Projekt ARES Nevada,' 2022. https://aresnorthamerica.com/nevada-project/

Alexandra Zablocki, Inštitut za okoljske in energetske študije, 'Shranjevanje energije (2019),' 22. februar 2019. https://www.eesi.org/papers/view/energy-storage-2019

Antoine Koen in Pau Farres Antunez, The Conversation, 'How heat can be used to store renewable energy,' 25. februar 2020. https://theconversation.com/how-heat-can-be-used-to-store-renewable-energy-130549

Blakers et al. 'Pregled črpanega shranjevanja hidroenergije,' Progress in Energy, zvezek 3, 25. marec 2021. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2516-1083/abeb5b

Inštitut za čisto energijo, Univerza v Washingtonu, 'Litij-ionska baterija', 2020. https://www.cei.washington.edu/education/science-of-solar/battery-technology/

Davenne, T. R. in Peters, B. M. 'Analiza črpanega shranjevanja toplotne energije z ločenimi hranilniki toplote,' Frontiers in Energy Research, zvezek 8, 11. avgust 2020. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fenrg.2020.00160/

Oddelek za strojništvo in vesoljsko inženirstvo, Univerza v Strathclydu, 'Črpalna hidroelektrarna z morsko vodo.' http://www.esru.strath.ac.uk/EandE/Web_sites/17-18/cumbrae/Seawater%20pumped%20hydro.html

Elizabeth Palermo, Live Science, 'Kako delujejo baterije?' 29. april 2015.https://www.livescience.com/50657-how-batteries-work.html

Gravitricity, 'Hitro shranjevanje energije z dolgo življenjsko dobo.' https://gravitricity.com/technology/

Jillian Ambrose, The Guardian, 'Kako bi lahko opuščene rudnike Združenega kraljestva uporabili za shranjevanje obnovljive energije,' pon. 21. 2019. https://www.theguardian.com/environment/2019/oct/21/how-uks-disused-mine-shafts-plan-to-store-renewable-energy

Jim Park, Clayton Ashley in Dave Brody, Live Science, 'Renewable Energy Rides the Rails to More Efficient Power Storage,' 7. februar 2014.https://www.livescience.com/43211-renewable-energy-rides-the-rails-to-more-efficient-power-storage.html

King et al. „Pregled trenutnih projektov shranjevanja energije na stisnjenem zraku in analiza potencialnih podzemnih skladiščnih zmogljivosti v Indiji in Združenem kraljestvu,“ Renewable and Sustainable Energy Reviews, zvezek 139, april 2021. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032121000022

Michael Schirber, Live Science, 'Kako lahko stisnjen zrak poganja prihodnost,' 4. junij 2008.https://www.livescience.com/4955-compressed-air-power-future.html

Urad za energetsko učinkovitost in obnovljivo energijo, Ministrstvo za energijo ZDA, 'Kako deluje litij-ionska baterija?' 14. september 2017. https://www.energy.gov/eere/articles/how-does-lithium-ion-battery-work

Urad za energetsko učinkovitost in obnovljivo energijo, Ministrstvo za energijo ZDA, 'Proizvodnja vodika: elektroliza.' https://www.energy.gov/eere/fuelcells/hydrogen-production-electrolysis

Steinmann, W. D. 'Termo-mehanski koncepti za shranjevanje velike količine energije,' Recenzije obnovljive in trajnostne energije, zvezek 75, avgust 2017. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032116307341?via%3Dihub

Svetovni energetski svet, 'Pet korakov do shranjevanja energije: Kratek vpogled v inovacije', 2020. https://www.worldenergy.org/assets/downloads/Five_steps_to_energy_storage_v301.pdf

Zanimivi Članki