Китайские исследователи разработали систему накопления энергии на основе сжиженного воздуха (LAES) с эффективным тепловым накопителем. Новая установка показала коэффициент полезного действия 58.76% — это рекордный показатель среди систем на твердофазных накопителях. Для сравнения: большинство существующих LAES-систем на жидкостных носителях достигают КПД около 60%, но имеют серьезные проблемы с безопасностью.
Основная фишка разработки — использование обычного кварцевого песка вместо дорогих и опасных жидких теплоносителей вроде пропана или метанола. В традиционных системах пропан может составлять до 43.15% от общей стоимости оборудования, а его утечки создают риск взрывов. Крупномасштабные LAES-установки требуют десятки тысяч тонн такого топлива, что превращает их в потенциальные бомбы замедленного действия.
Секрет нового решения — гравитационный поток твердых частиц и прямой газо-твердый теплообмен. Система работает по принципу: в период зарядки избыточная электроэнергия сжимает и превращает воздух в жидкость, которая хранится в резервуарах. При разрядке сжиженный воздух нагревается, расширяется в турбинах и вращает генератор. Исследователи протестировали 2 режима холодного и 2 режима горячего накопления, найдя оптимальную конфигурацию.
Экономические расчеты показывают впечатляющие перспективы масштабирования. При мощности 1000 МВт стоимость накопления энергии может снизиться до 0.0982 доллара за кВт·ч — это вдвое сокращает срок окупаемости по сравнению с обычными LAES-системами. Международное энергетическое агентство прогнозирует рост глобальных мощностей возобновляемой энергетики на 107 ГВт в 2023 году, что делает подобные накопители критически важными для стабильности энергосистем.
Технология LAES особенно привлекательна для сетевых накопителей мегаваттного класса, поскольку не зависит от географических условий — в отличие от гидроаккумулирующих станций. Плотность накопления энергии в LAES-системах в 18 раз превышает показатели сжатого воздуха (CAES), а строительные затраты ниже, чем у крупных батарейных установок. Правда, пока что даже лучшие автономные LAES-системы едва дотягивают до 50-60% КПД.
Источник новости и обложки: www.sciencedirect.com