Энергетика и экология

Система хранения энергии на основе необычного рабочего тела, жидкого воздуха, позволяет надолго запасать энергию, используя недорогие ёмкости, работающие при низком давлении.

Во-первых, при этом речь идёт о тепломеханической системе, которая работает десятилетиями и не требует применения дефицитных и ядовитых материалов. Во-вторых, оборудование криогенного накопителя энергии включает хорошо отлаженные в производстве и легкодоступные на рынке готовые узлы. Некоторые компании уже более ста лет занимаются выпуском криогенных систем.

В-третьих, технология хорошо масштабируется и настраивается на разные соотношения ёмкости и мощности.

В основе системы – готовый промышленный криогенный холодильник. Подобная техника выпускается, например, для предприятий чёрной металлургии, где при выплавке стали сегодня используются преимущественно кислородные конвертеры. Предварительно очищенный от пыли и влаги воздух сжимается и охлаждается до температуры сжижения азота – порядка минус 196°C. Сжиженный воздух перекачивается в большие резервуары, по устройству напоминающие термоса с металлическими колбами.

Для высвобождения энергии жидкий воздух перекачивают из «термоса» в теплообменник и там нагревают, используя доступное тепло из внешней среды. Получить его несложно: в сравнении с минус 193°C, любая плюсовая температура будет высокой. Воздух испаряется, его давление нарастает, и он совершает работу в турбодетандере, увеличиваясь в объёме до 790 раз. Турбодетандер механически соединён с электрогенератором, который вырабатывает энергию.

Для повышения эффективности предусматриваются рекуперативные хранилища холода и тепла, рис.3.4.

По данным компании, электрический КПД всей системы в полном цикле равен 60% и достигает 70% при использовании внешнего сбросного тепла.

Рис.3.4. Упрощённая схема криогенного накопителя. Источник: Highview Power.

Полная система CES включает в себя не только аппаратуру для сжижения воздуха, но и оборудование, сохраняющее и утилизирующее холод, получающийся на выходе воздушной турбины.

Схема основного оборудования криогенной электростанции представлена на рис.3.5.

Рис.3.5. Схема основного оборудования криогенной электростанции

Процессы, происходящие в криогенной электростанции (КЭС), делятся на три этапа.

На первом этапе атмосферный воздух, нагнетаемый в систему при помощи винтовых компрессоров, подвергается тщательной очистке от примесей.