Tha mi air fada cus uairean a thìde a’ leughadh phàipearan geala agus duilleagan sònraichte mu dheidhinnstòradh lùtha. Agus seo na tha mi air faighinn a-mach: tha an cruth-tìre gu lèir nas miosa agus nas inntinniche na tha a’ mhòr-chuid de artaigilean ga dhèanamh fuaimneach.
Bidh a h-uile duine a’ bruidhinn mu dheidhinn bataraidhean. Ceart gu leòr-tha iad anns a h-uile àite a-nis. Ach stòradh lùtha? Is e còmhradh tòrr nas motha a tha sin. Tha sinn a’ bruidhinn air a h-uile càil bho lochan-tasgaidh mòra uisge nan suidhe air mullaich bheanntan gu sealgairean meatailt a shnìomh ann an seòmraichean falamh. Tha cuid de na teicneòlasan seo air a bhith mun cuairt bhon a bha do shinn-seanair is seanmhair nan clann. Tha cuid eile sa mhòr-chuid ann an deuchainn-lannan agus taisbeanaidhean PowerPoint.
Leig leam do choiseachd tro na tha fìor a-muigh an sin.
An t-seann each-obrach Chan eil duine a 'bruidhinn mu dheidhinn
Stòradh dealan-uisge air a phumpadh. Fuaimean dòrainneach, ceart? Dà loch tasgaidh aig diofar àrdachaidhean, cuid de roth-uidheaman, uisge a 'sruthadh suas is sìos. Fiosaigs sìmplidh.
Ach seo an rud-tha an teicneòlas “leamhach” seo a’ làimhseachadh timcheall air 95% de stòradh lùth air sgèile clèithe air feadh an t-saoghail. Naochad-còig sa cheud. Nuair a bhios daoine a’ deasbad ceimigean bataraidh agus ag argamaid mu lithium an aghaidh sodium, bidh dealan-uisge dìreach gu sàmhach a’ dèanamh an obair air a’ chùl.
Tha am bun-bheachd cha mhòr tàmailteach sìmplidh. Nuair a tha dealan saor (mar as trice air an oidhche, no nuair a tha a’ ghrian a’ lasadh agus panalan grèine a’ cromadh), bidh thu a’ pumpadh uisge suas an cnoc a-steach do loch tasgaidh. Nuair a dh’ èiricheas prìsean no nuair a dh’ èiricheas iarrtas, leigidh tu leis an uisge sin ruith air ais sìos tro roth-uidheaman. Tha an èifeachdas a’ dol timcheall air 70-85%, rud nach eil foirfe, ach tha an comas stòraidh fìor mhòr. Tha sinn a' bruidhinn mu dheidhinn goireasan as urrainn gigawatt- uairean de lùth a stòradh. Chan e megawatt-uair a thìde. Gigawatt -uair a thìde. Feuch ri sin a dhèanamh le lithium-ion.
Gu dearbh, tha grèim ann. Feumaidh tu cruinn-eòlas. Feumaidh tu dà loch tasgaidh. Feumaidh tu an eadar-dhealachadh àirde ceart. Chan urrainn dhut dìreach aon dhiubh sin a thogail ann an Kansas. Bheir an cead àrainneachd leis fhèin bliadhnaichean. Agus na cosgaisean ro-làimh? Reul-eòlais. Ach aon uair 's gu bheil iad air an togail, bidh na lusan sin a' ruith airson 50, 60, uaireannan 80 bliadhna. Tha goireas Bath County ann an Virginia air a bhith ag obair bho 1985 agus chan eil coltas gu bheil e air stad.
Adhar teann: An dòigh-obrach fon talamh
Tha stòradh lùth èadhair teann (CAES) na cho-ogha neònach aig hydro. An àite uisge a ghluasad, bidh thu a’ teannachadh èadhar a-steach do chuaran fon talamh, raointean gas nàdarra air a dhol sìos, uisgeachan-uisge, ge bith dè an cruth geòlais a bhios rim faighinn.
Rè na h-uairean as àirde, bidh compressors dealain a’ putadh èadhar a-steach do na h-àiteachan fon talamh sin aig cuideaman a bheireadh air do chluasan dìreach smaoineachadh orra. Nuair a bhios feum agad air cumhachd, thèid an èadhar teann a leigeil ma sgaoil, a theasachadh (mar as trice le gas nàdarrach, nach e sin am pàirt uaine), agus ruith e tro roth-uidheaman.
Chan eil ach dà ionad CAES malairteach ag obair an-dràsta. Dhà. Aon anns a 'Ghearmailt a tha air a bhith a' ruith bho 1978, agus aon ann an Alabama bho 1991. Tha an teicneòlas ag obair, gu soilleir. Ach tha na riatanasan geòlais teann, agus chan eil an eaconamaidh air a dhol a-mach ann an iomadh àite. Ach, tha luchd-rannsachaidh a’ cumail ag obair air dreachan adhartach-shiostaman adiabatic a bhios a’ glacadh agus ag ath-chleachdadh an teas bho dhlùthadh, a’ cur às don fheum air gas nàdarrach. Tha iad sin sa mhòr-chuid ann am pròiseactan pìleat airson an-dràsta.
Flywheels: Pure Mechanical Beauty
Canaidh mi gur e rothan-itealaich am fear as fheàrr leam. Tha rudeigin eireachdail mu bhith a’ stòradh lùth mar ghluasad cuairteachaidh.
Tha siostam flywheel gu bunaiteach na rotor trom a’ snìomh ann an seòmar falamh, crochte le giùlan magnetach gus suathadh a lughdachadh. Nuair a bhios cus dealain agad, bidh motaran a’ snìomh an flywheel nas luaithe. Nuair a bhios feum agad air cumhachd air ais, bidh an tomad snìomh sin a’ stiùireadh gineadair. Tha am fiosaig glan, intuitive.
Tha flywheels air leth math air rudan a tha gràin aig bataraidhean: cosgais luath- cuairtean sgaoilidh, milleanan de chuairtean thar am beatha, amannan freagairt sa bhad air an tomhas ann am milliseconds. Tha iad foirfe airson riaghladh tricead-na h-atharrachaidhean beaga bìodach sin a dh’ fheumas a’ ghriod fuireach seasmhach aig dìreach 60 Hz (no 50 Hz, a rèir far a bheil thu a’ fuireach).
Dè nach eil iad math air? A’ stòradh lùth airson amannan fada. Eadhon leis na bearings magnetach as fheàrr agus faisg air - vacuums foirfe, bidh cuibhlichean itealaich a’ call lùth ri suathadh thar ùine. Fàg aon suidhe airson latha agus tha thu air tòrr mòr den lùth a tha air a stòradh agad a chall. Fàg e airson seachdain agus, uill, na gabh dragh.
Mar sin bidh cuibhlichean-itealaich ann an àite sònraichte: iarrtasan goirid, àrd-cumhachd. Bidh ionadan dàta gan cleachdadh mar chumhachd drochaid anns na beagan dhiogan a bheir e air gineadairean dìosail tòiseachadh. Tha NASA air cluich leotha airson bàta-fànais.
Bataraidhean: An roinn a tha dha-rìribh a’ gabhail cùram mu dheidhinn a h-uile duine
Ceart gu leòr, bruidhnidh sinn bataraidhean. Tha na roghainnean electrochemical air spreadh anns na bliadhnachan mu dheireadh, agus gu h-onarach tha e a’ fàs troimh-chèile.
ian lithiumsmachd air a’ chòmhradh air adhbhar math. Tha dùmhlachd lùth àrd a’ ciallachadh barrachd stòraidh ann an nas lugha de rùm. Beatha rothaireachd reusanta, gu sònraichte le ceimigean nas ùire. Tha cosgaisean air tuiteam-like, sìos 90% bho 2010 seòrsa de thuiteam. Bidh am fòn agad, an laptop agad, carbadan dealain, agus barrachd is barrachd, stòradh clèithe uile a’ ruith air caochlaidhean de lithium-ion.
Ach chan e aon rud a th’ ann an “lithium-ion". 'S e teaghlach a th' ann. Bidh fosfáit iarann litiam (LFP) ag ìobairt beagan dùmhlachd lùtha airson sàbhailteachd nas fheàrr agus beatha nas fhaide- gun chobalt, a tha cudromach an dà chuid gu beusach agus gu h-eaconamach. Chaidh an luchd-saothrachaidh Sìonach a-steach air LFP, agus tha e a-nis a’ gabhail thairis. Aig an aon àm, bidh nicil{7}}manganese-cobalt (NMC) a’ pacadh barrachd lùth gach cileagram, rud a tha cudromach nuair a tha thu a’ feuchainn ri raon iomchaidh de chàr dealain a thoirt seachad.
Taobh dorcha ian lithium? Ruigsinneachd teirmeach. Faodaidh na bataraidhean sin a dhol na theine ann an dòigh iongantach ma thèid am milleadh, ma thèid cus cosgais a dhèanamh orra, no dìreach mì-shealbhach. Tha saothrachadh dian air lùth. Tha na bagannan beusanta aca fhèin aig na slabhraidhean solair airson lithium agus cobalt. Agus ged a tha bun-structar ath-chuairteachaidh a’ dol am feabhas, bidh a’ mhòr-chuid de bhataraidhean a thèid a chaitheamh fhathast a’ tighinn gu lìonadh-fearainn.
Bataraidh sruthadhgabh dòigh-obrach gu tur eadar-dhealaichte. An àite a bhith a’ stòradh lùth ann an dealanan cruaidh, bidh iad a’ cleachdadh electrolytes leaghaidh ann an tancaichean a-muigh. Ag iarraidh barrachd comas lùtha? Luchdaich a-nuas tancaichean nas motha. Tha an cumhachd agus an lùth air an dealachadh, a tha ag atharrachadh feallsanachd dealbhaidh gu lèir.
Is e bataraidhean sruthadh Vanadium redox (VRFBn) an dreach as aibidh. Mairidh iad cha mhòr gu bràth-tha sinn a’ bruidhinn 15,000 gu 20,000 cearcall, ’s dòcha barrachd. Gun truailleadh bho sgaoileadh domhainn. Chan eil an electrolyte a 'caitheamh a-mach; tha e dìreach a’ dol air ais is air adhart tro chruach na cealla. Còig bliadhna fichead a-steach, is urrainn dhut an electrolyte a dhrèanadh, a chuir gu àite eile, agus cumail ga chleachdadh.
Ach tha bataraidhean sruthadh mòr. Tha dùmhlachd lùth ìosal a’ ciallachadh nach eil iad a’ dèanamh ciall sam bith airson carbadan no tagraidhean so-ghiùlain. Chan eil an vanadium saor idir. Airson stòradh clèithe-far nach eil lorg-coise gu diofar agus fad-beatha? Tha iad a 'sìor fhàs tarraingeach.
Leud-acidam bataraidh ath-thagraidh tùsail, gu ìre mhòr gun atharrachadh bho 1859. Tòisichidh do chàr le fear. Tha iad saor, air an tuigsinn gu math, agus gabhaidh 98% ath-chuairteachadh. Ach tha beatha baidhsagal meadhanach, tha dùmhlachd lùtha truagh, agus tha iad trom. Airson tagraidhean clèithe, chaidh an cur an àite gu ìre mhòr, ach tha smachd aca fhathast ann an siostaman cumhachd cùl-taic far a bheil cosgais nas cudromaiche na a h-uile càil eile.
ion sodiuma bheil am fear ùr a’ faighinn fìor aire. Tha sodium anns a h-uile àite-gu litearra ann an uisge na mara-agus mar sin tha draghan mu shlabhraidh solair a’ dol à bith. Faodaidh am pròiseas saothrachaidh uidheamachd factaraidh ian lithium ath-chleachdadh. Chan eil coileanadh buileach aig ìrean ian lithium- fhathast, ach tha e a’ dùnadh a’ bheàirn gu sgiobalta. Thòisich CATL a' dèanamh mòr-chinneasachadh ann an 2023. Taobh a-staigh còig bliadhna, dh'fhaodadh sodium ian deagh roinn den mhargaidh a shnaigheadh airson stòradh pàipearachd.
Bu chòir dhomh iomradh a thoirtnicil-cadmium(fhathast air a chleachdadh ann an cuid de thagraidhean gnìomhachais, ged a tha cadmium puinnseanta agus tha an EU air a chuingealachadh),nicil-hydride meatailt(cuimhnich air Prius mus deach e lithium?), agussodium-sulfair(siostaman teodhachd àrd a bhrùth companaidhean Iapanach gu cruaidh anns na 2000n). Ach aig an ìre seo tha mi a’ liostadh rudan dìreach airson an liostadh. Is e an fhìrinn phractaigeach gu bheil bataraidhean lithium-ion agus sruthadh far a bheil an gnìomh, le sodium{5}}ion a’ tighinn suas gu luath.
Stòradh Teirmeach: Teas mar Bhataraidh
Seo roinn-seòrsa nach eil a’ faighinn aire gu leòr: a’ stòradh lùth mar theas (no fuachd).
Stòradh salainn leaghtemar a bhios ionadan cumhachd grèine dùmhail ag obair air an oidhche. Bidh sgàthan a 'cuimseachadh solas na grèine air tùr, a' teasachadh salann leaghte gu ceumannan 500-600. Bidh an salann sin air a stòradh ann an tancaichean inslithe, agus nuair a bhios feum agad air dealan, bidh thu ga chleachdadh gus smùid a dhèanamh agus roth-uidheam a ruith. Faodaidh ionad Gemasolar san Spàinn cumhachd a ghineadh airson 15 uairean às deidh dol fodha na grèine. Bidh Crescent Dunes ann an Nevada a’ cumail teas gu leòr airson 10 uairean de ghinealach.
Is e an rud fionnar mu dheidhinn salann leaghte gu bheil stòradh teas saor. Dòigh nas saoire gach kWh na bataraidhean. 'S e an rud nach eil cho cool 's e an èifeachd turais a chailleas tu gu mòr san tionndadh bho theas gu dealan agus air ais.
Stòradh deigha tha co-ionann ri ùine -gluasad. Bidh togalaichean malairteach a’ reothadh uisge thar oidhche nuair a tha ìrean dealain ìosal, agus an uairsin a’ cleachdadh an deigh sin gus fionnarachadh-àile a thoirt seachad aig prìomh uairean feasgair. Chan eil e glamorous, ach tha e ag obair. Bidh Disney World ga chleachdadh. Bidh mòran thogalaichean oifis ann an gnàth-shìde theth ga chleachdadh. Tha thu gu bunaiteach a’ cleachdadh deigh mar bhataraidh airson iarrtas fuarachaidh.
Tha bun-bheachdan nas ùire ann cuideachd:Carnot bataraidheana bhios a’ stòradh dealan mar theas agus ga thionndadh air ais a’ cleachdadh einnseanan teas, tancaichean uisge teth a bhios an turas sin- a’ gluasad teasachadh dealain, stòradh teirmeach ràitheil airson nàbachdan gu lèir. Tha an cruinne-cè teirmeach iongantach domhainn.
Hydrogen: The Wildcard
Tha luchd-tagraidh dìoghrasach agus luchd-breithneachaidh cruaidh aig stòradh lùth hydrogen, agus gu h-onarach, tha puingean dligheach aig gach cuid.
Tha an tagradh sìmplidh: cleachd cus dealan ath-nuadhachail gus uisge a roinn ann an hydrogen agus ocsaidean (electrolysis). Glèidh an hydrogen. Nuair a bhios feum agad air cumhachd, ruith e tro chealla connaidh no loisg e ann an roth-uidheam. Faodaidh haidridean tòrr lùth a stòradh airson ùine fhada-seachdainean, mìosan, eadhon ràithean.
Tha an càineadh a cheart cho sìmplidh: tha èifeachdas an turais uamhasach. Bidh thu a’ call 30% ann an electrolysis. Bidh thu a 'call barrachd ann an teannachadh no liquefaction. Bidh thu a 'call barrachd tionndaidh air ais gu dealan. Crìochnaich-gu-deireadh, 's dòcha gum faigh thu 30-40% den lùth tùsail agad air ais. Dèan coimeas eadar sin agus 85-90% airson lithium-ion.
Mar sin cuin a bhios hydrogen a’ dèanamh ciall? Nuair a dh’ fheumas tu tòrr lùth a stòradh airson amannan fada. Nuair a tha thu a’ dì-charbonachadh phròiseasan gnìomhachais a dh’ fheumas teas àrd. Nuair a bhios feum agad air neach-giùlain lùth a ghabhas a ghiùlan astaran fada. Nuair nach urrainn do roghainnean eile an obair a dhèanamh.
Tha a’ Ghearmailt air geall gu mòr air hydrogen. Mar sin tha Iapan. Tha Astràilia a’ togail bun-structair às-mhalairt gus hydrogen uaine a chuir gu Àisia. Co-dhiù am pàigh an geall seo dheth bidh e an urra ri cosgaisean a thighinn sìos nas luaithe na thig piseach air bataraidhean-agus tha bataraidhean a’ fàs nas luaithe.
An Stuth Fad-ùine Ultra{0}}Goirid-
Supercapacitorslùth a stòradh gu electrostatically seach electrochemically. Faodaidh iad cosgais a chuir air agus a leigeil ma sgaoil cha mhòr sa bhad, làimhseachadh milleanan de chuairtean, agus dùmhlachd cumhachd gòrach a thoirt seachad. Is e an rud nach urrainn dhaibh a dhèanamh tòrr lùth a stòradh. Dh’ fhaodadh banca supercapacitor meud soitheach luingeis na tha ann am pasgan bataraidh meud màileid a stòradh.
Tha an t-àite milis aca nan spreadhaidhean ultra-goirid: breiceadh ath-nuadhachail ann an siostaman gluasaid, a’ dèanamh rèidh ri lìbhrigeadh cumhachd ann an ionadan ath-nuadhachail, fhad ‘s a tha an dàrna cumhachd a dh’ fheumas UPS mus gabh bataraidhean thairis.
Stòradh lùth magnetach superconducting(SMES) eadhon nas annasaiche. Stèidhich lùth ann an raon magnetach a chaidh a chruthachadh le coilichean superconducting air fhuarachadh gu teòthachd cryogenic. Freagairt faisg air-sa bhad, gun truailleadh, beatha rothaireachd gun chrìoch. Ach tha cosgaisean agus iom-fhillteachd cumail suas teodhachd superconducting air SMES a chumail ann an tagraidhean sònraichte-càileachd cumhachd sa mhòr-chuid airson aodach semiconductor agus goireasan eile far a bheil eadhon sags bholtaids sa mhionaid a’ cosg milleanan.
Stòradh Gravity: An t-Seann Beachd Ùr
Is fhiach iomradh a thoirt air aon roinn eile: siostaman stèidhichte air grabhataidh nach eil air am pumpadh dealan-uisge.
Cruth-clò lùtha’ togail siostaman crann a bhios a’ cruachadh agus a’ dì-stàlachadh bhlocaichean mòra concrait. Tog na blocaichean nuair a tha lùth saor, lughdaich iad tro ghineadairean nuair a bhios feum agad air cumhachd. Tha e air a phumpadh dealan-uisge às aonais an uisge, gu bunaiteach.
Tha companaidhean eile a' rannsachadh mèinnean trèigte-cuideaman nas ìsle sìos a' chrann, tog iad air ais suas. No tùir - a chaidh a thogail a dh’aona ghnothach. No eadhon bun-bheachdan co-cheangailte ri càraichean-rèile làn de chreagan air slighean claon.
Tha an diùraidh fhathast a-muigh an urrainn dhaibh sin a bhith farpaiseach gu h-eaconamach. Tha an dùmhlachd lùtha ann an stòradh grabhataidh gu ìre ìosal-feumaidh tu tòrr tomad is àirde gus lùth brìoghmhor a stòradh. Ach tha luchd-tagraidh a’ cumail a-mach gum faodadh cleachdadh stuthan saor (cruadhtan, greabhal) agus meacanaig shìmplidh a’ chùis a dhèanamh air bataraidhean air cosgais airson tagraidhean fad-ùine.
Mar sin dè dha-rìribh a tha cudromach?
Ma leugh thu cho fada seo, is dòcha gu bheil thu a’ faighneachd: dè an teicneòlas a bhuannaicheas?
Ceist ceàrr.
Chan eil stòradh lùtha na bhuannaiche-gabh-a’ mhargaidh gu lèir. Bidh diofar theicneòlasan a’ freagairt air diofar raointean stèidhichte air fad, ùine freagairt, àite, structar cosgais, agus cleachdadh.
A bheil feum agad air riaghladh tricead ann am milliseconds? Flywheels no bataraidhean. A bheil feum agad air ceithir uairean de chùl-taic airson lus grèine? Bataraidh ian no sruthadh lithium-. A bheil feum agad air còrr ath-nuadhachail ràitheil a ghluasad? Is dòcha haidridean, no dealan air a phumpadh ma cheadaicheas cruinn-eòlas. A bheil feum agad air togalach fhuarachadh nuair a bhios iarrtas mòr ann? Stòradh deigh.
Cha ruith cliath na h-ama ri teachd air aon theicneòlas stòraidh. Cuiridh e còmhdach air grunn theicneòlasan-supercapacitors airson freagairt sa bhad, bataraidhean airson mionaidean gu uairean, dealan-uisge air a phumpadh airson rothaireachd làitheil, hydrogen no teirmeach airson ùine nas fhaide. Tha e coltach gum bi gach slot san speactram fad air a lìonadh le ge bith dè an teicneòlas a bheir an eaconamaidh as fheàrr airson an tagradh sònraichte sin.
Is e am pàirt inntinneach gu bheil cosgaisean a’ tuiteam thairis air cha mhòr a h-uile roinn de na roinnean sin. Tha cosgaisean bataraidh ian lithium-air crìonadh. Tha electrolyzers a’ leantainn lùb ionnsachaidh coltach ris. Tha cinneasachadh bataraidh sruthadh a’ dol suas. Tha eadhon dealan-uisge air a phumpadh a’ faicinn ùr-ghnàthachadh le siostaman lùb dùinte agus lochan-tasgaidh fon talamh.
Deich bliadhna air ais, cha robh coltas gu robh gin de seo comasach aig ìre eaconamach. Nise? 'S e stòradh an earrann as luaithe a tha a' fàs ann an roinn an lùtha.