Překvapivé řešení: Budeme ukládat energii v „čokoládových muffinech“?  
Jednoduché a levné MGA kostky svojí strukturou připomínají muffiny s čokoládou. Díky vysoké tepelné vodivosti v nich lze ukládat nadbytečnou energii. MGA kostky by také mohly „zachránit“ dnes již nepopulární tepelné elektrárny, protože by v nich mohly vyrábět energii namísto uhlí.
„Čokoládové muffiny“ pro obnovitelnou energetiku. Kredit: MGA Thermal.
„Čokoládové muffiny“ pro obnovitelnou energetiku. Kredit: MGA Thermal.

Jak již bylo mnohokrát řečeno, obnovitelná energie je skvělá, ale pokud ji chceme pořádně využívat, tak potřebujeme efektivní technologie pro její dočasné ukládání. Slunce, vítr nebo třeba mořské vlny se nechovají podle našich představ, ale mají svou hlavu. V poslední době jsme se stali svědky řady zajímavých řešení uložení energie, včetně masivních lithium-iontových baterií, tavených solí, vagonů na kolejích nebo věží či studní se závažími.

 

Inženýři australské University of Newcastle přišli s novým pozoruhodným nápadem. Vytvořili překvapivě jednoduchý a praktický systém pro ukládání energie, který je založený na objektech, strukturou připomínajících muffin s čokoládou. Podle tvůrců jsou tyhle „muffiny“ velmi efektivní, lze je vyrábět ve velkém, jsou bezpečné, levné, a také je lze s úspěchem používat v soudobých uhelných elektrárnách.

 

Erich Kisi vpravo. Kredit: University od Newcastle.
Erich Kisi vpravo. Kredit: University od Newcastle.

Klíčovým prvkem nové technologie jsou tzv. MGA (Miscibility Gaps Alloy) kostky. Jejich velikost je 30 krát 20 krát 16 centimetrů a jsou vyrobené z materiálů s vysokou tepelnou vodivostí. Mohou být snadno zahřáty a tím se v nich uskladní energie. Po ochlazení zase energii uvolní.

 

Aby MGA kostky fungovaly, tak mají specifickou strukturu. Tvoří je pevná matrice, která udržuje tvar kostky, v níž jsou rozptýlené kousky další hmoty, které při ukládání energii roztávají, a pak zase tuhnou. Celé to připomíná čokoládový muffin. Jak to v podobných případech bývá obvyklé, ukládá se v nich nadbytečná energie z obnovitelných zdrojů, která je pak po ochlazení kostek k dispozici pro dobu bez dostupných zdrojů. MGA kostky by se rovněž mohly využívat při recyklaci odpadního tepla v průmyslových provozech nebo třeba elektrárnách.

 

University of Newcastle, logo.
University of Newcastle, logo.

Uvolněná energie MGA kostek může přeměnit vodu na páru a pohánět tím pádem turbíny generátorů, aniž by bylo nutné spalovat uhlí. S touto technologií by bylo možné předělat uhelné elektrárny na provoz s obnovitelnou energií. Jak podotýká Erich Kisi, který je spoluzakladatelem společnost MGA Thermal, taková evoluce uhelných elektráren by byla velkou výhrou v našich snahách o udržitelnou energii, ať už jde o životní prostředí nebo třeba zaměstnanost.

 

MGA kostky jsou vyráběné z levných a běžných materiálů. Cena kostky činí asi 10 procent ceny lithiové baterie stejné velikosti, ale přitom může uvolnit srovnatelné množství energie. Kostky jsou netoxické, neexplodují a neuvolňují nebezpečné chemikálie. MGA Thermal už staví továrnu na výrobu MGA kostek v Novém Jižním Walesu. Ve spolupráci se švýcarskou společností E2S Power AG také připravují vylepšení evropských uhelných elektráren, což by nepochybně mohlo zaujmout i v našich končinách.

 

Video: Explainer video MGA Thermal

 

Literatura

University of Newcastle news

Datum: 10.09.2020
Tisk článku

Energie bez konce - Vynálezy, koncepty, řešení - von Rétyi Andreas
 
 
cena původní: 279 Kč
cena: 234 Kč
Energie bez konce - Vynálezy, koncepty, řešení
von Rétyi Andreas


Diskuze:

Jak přinutit MAŠÍBLy respektovat klasické:

František Kalva,2020-09-11 07:10:49

Pesimista je překvapen pouze příjemně!

Odpovědět

Jiří Pospíšil,2020-09-10 14:04:40

V textu je dvakrát, že ty kostky vydají tepelnou energii "po ochlazení". Jakýkoli tepelný akumulátor po ochlazení nevydá žádnou tepelnou energii. Už ji vydal tím ochlazením.

Odpovědět


Re:

Honza Šimek,2020-09-10 16:27:12

Pokud jsem pochopil správně, jde o uvolnění skupenského tepla při tuhnutí roztavených „čoko kousků.“

Odpovědět

Kde jsou čísla.

Ladislav Žahour,2020-09-10 13:11:45

Článek mí podobnou informační hodnotu jako většina moderních zpráv. Žádné konkrétní údaje v číslech. Ono se ani nejde divit ve společnosti, kde maturita z matematiky je nežádouci. Takže kolik joule na m*3.

Odpovědět


Re: Kde jsou čísla.

Miloš Trnávek,2020-09-10 19:01:19

Nejspíš proto, že vykvákat to každýmu, by byla hovadina, zvláště pokud by se ukázalo, že to má realizační potenciál.

Odpovědět


Re: Re: Kde jsou čísla.

Jan Novák9,2020-09-10 23:41:09

Kdyby to bylo jenom vzdáleně průstřelné tak by se rádi pochlubili. Obzvlášť kdyby to mělo realizační potenciál. Pro realizaci potřebují investora.a tisková zpráva se slibnými výsledky je nejlepší reklama - pokud jsou nějaké slibné výsledky.

Odpovědět

10% ceny lithiové baterie

Jan Novák9,2020-09-10 13:11:10

Je pro tepelný akumulátor zatraceně moc.

Odpovědět

materíály

Jiří Petráš,2020-09-10 11:50:07

Proč není v článku napsané z jakých materiálů jsou cihly vyrobené?

Odpovědět

+

Milanko Baranek,2020-09-10 08:55:02

Ako sú na tom v porovnaní s teplou vodou?

Odpovědět


Re: +

Jan Novák9,2020-09-10 13:02:19

Využívají změnu skupenství, tj srovnání ne s teplou vodou ale s přechodem mezi vodou a ledem.

Odpovědět


Re: Re: +

Milanko Baranek,2020-09-10 20:52:44

Mal som na mysli porovnanie koľko energie sa dá natlačiť do vody a koľko do týchto kociek.

Odpovědět


Re: Re: Re: +

Honza Šimek,2020-09-10 23:44:12

Tepelný zásobník s kapalnou vodou pracující v rozmezí 0 - 100°C má kapacitu 0,42 MJ/l. MGA operující ± 50°C okolo bodu tání pojme 0,43 MJ/l u Sn-Al; 0,58 MJ/l u Mg-Fe; 0,65 MJ/l u Zn-C [1].
Tyhle MGA cihly by v reálu měly hodnoty nižší, protože matrice neprochází změnou skupenství. Na druhou stranu jsou její operační teploty vhodné pro přímou výrobu páry pro generátory a možná by se tak daly využít k vyrovnávání el. sítě. Oproti tomu ohřátá voda by se dala použít spíš jen na topení.
Žádný zázrak rozhodně nečekám.

[1] https://aip.scitation.org/doi/pdf/10.1063/1.5117728

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: +

Milanko Baranek,2020-09-11 19:49:58

Ešte je tu prehriata para.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: +

Milanko Baranek,2020-09-11 19:51:32

A tepelné čerpadlo.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: +

Honza Šimek,2020-09-12 05:43:35

Na správnost bych nevsázel, ale zhruba to něco řekne.

1) Zásobník kapalné vody a tepelné čerpadlo.
Nejsem dost znalý ani dost zarputilý, abych přišel s řešením dedikovaného čerpadla. Proto si jako výchozí vypůjčím data čerpadel voda-voda pro vytápění budov. Ta mají rozumnou účinnost jen při relativně malém rozdílu teplot - asi 30 °C. Topný faktor (poměr dodaný tepelný výkon / příkon čerpadla) 6 by znamenal účinnost 83 %. Pokud budu podobné výkony předpokládat i pro jiná výměnná média pro vyšší teploty, chtěl-li bych vyrobit páru o teplotě 400 °C z vody 100 °C potřeboval bych desetistupňový systém s účinností 16 %, pro 500 °C pak třináct stupňů a 9,34 %, A to je před turbínou a generátorem. Celkem možná 3-7 %. V rámci omezení exponenciálních ztrát je žádoucí, aby byly obě teploty co nejblíž. Účinná měrná tepelná kapacita vodního zásobníku by byla tedy pouze zlomkem oněch 0,42 MJ/l.
Jednostupňové čerpadlo s daným rozdílem teplot by nebylo o nic lepší, protože exponenciálně s teplotou roste i tlak nutný ke zkapalnění plynného média, a tedy energie k tomu potřebná.

2) Zásobník přehřáté páry s přímým odběrem pro turbínu.
Pro srovnání: projde-li pára o teplotě 400 °C, tlaku 200 bar a hustotě 100,54 kg/m3 turbínou a změní se na mokrou páru o teplotě 29 °C, extrahujeme entalpii 83,25 kJ/l, přičemž na její předešlý ohřev by bylo potřeba asi 160 kJ/l, tedy účinnost kolem 52 %, se ztrátami v turbíně a na generátoru možná 40 %, Při 500°C, 160 bar, 51,84 kg/m3 pak 68,4 kJ/l, pod 35 %.
K vyrovnání maximálního výkonu Dlouhých strání bychom potřebovali (beze ztrát) 463,55 m3 (46,6 t) respektive 571,75 m3 (29,64 t) takové páry za minutu. Během odvodu navíc bude klesat tlak i teplota zbylé páry, tudíž i hustota extrahovatelné energie. Nehledě na fakt, že rezervoár o objemu několika olympijských bazénů pod tlakem 160 až 200 bar je nezkonstruovatelná obří bomba.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: +

Honza Šimek,2020-09-12 05:49:35

V bodě 1 jsem zapomněl započítat, že nelze extrahoval všechnu tepelnou energii jako mechanickou v turbíně, tak si to podělte ještě 2x nebo 3x.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: +

Honza Šimek,2020-09-12 05:51:37

Tak koukám, že do těch 3 - 7 % jsem to započetl, pardon.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: +

Honza Šimek,2020-09-12 06:26:01

Akorát v bodě 2) mělo být 65 % místo 35 %, takže v bodě 1) tedy 6 až 7 %.

Odpovědět

A jak vypadá reálný cyklus

Kamil Kubů,2020-09-10 08:36:00

Zakopaný pes bude v designu reálného provozu. Obnovitelná energie obvykle nebývá k dipozici ve formě tepla ideálně s vysokou teplotou. To znamená, že ji musím nějak vyrobit.

Pokud ji mám jako elektřinu z OZE, můžu ty muffiny ohřívat přímo jako akumulačky. Jenže ji stejným způsobem nedostanu zpátky, takže to vyžaduje druhý systém na extrakci tepla. Dva různé systémy na nabíjení a vybíjení znamenají vyšší složitost, vyšší náklady a nižší účinnost.

Pokud ji mám ve formě tepla, například z CSP, musím ohřáté médium nějak dostat do styku s muffiny, aby se teplo předalo/převzalo v rámci cyklu. Pokud muffiny nemají významně vyšší tepelnou kapacitu než přenosové médium v CSP, tak je to k ničemu a navíc to generuje ztráty při výměně tepla tam a zpátky mezi médiem a muffiny. I kdyby na tom byly muffiny s tepelnou kapacitou významně lépe, zlevní se v podstatě jen investice do velikosti zásobníku. V současnosti používané eutektické soli jako tepelné médium v CSP nejsou zrovna drahé a tak to budou mít muffiny fakt těžké.

Možná by stálo za to se poučit ve Španělsku, které před lety zkusilo vydat se cestou CSP a dnes je většina jejich CSP elektráren hluboko pod očekávanými parametry jak provozními, tak ekonomickými.

Odpovědět


Re: A jak vypadá reálný cyklus

Vojtěch Kocián,2020-09-10 09:34:35

Mohlo by to najít uplatnění v uhelných elektrárnách. Pokud by měly podobnou akumulaci, mohly by fungovat v režimu zálohy, což je dnes problém, protože mají dlouhou dobu náběhu. Elektrárna by jela na minimální výkon jen vyrovnávající ztráty v tepelném akumulátoru a kdyby bylo potřeba dodávat energii do sítě, tak by akumulovaná energie mohla stačit, než roztopí kotel na plný výkon.

V článku je sice psané že by se muffiny "nabíjely" obnovitelnou energií, ale domnívám se, že jde jen o propagaci a v reálu je plánují "nabíjet" energií z uhlí.

Odpovědět


Re: Re: A jak vypadá reálný cyklus

Kamil Kubů,2020-09-10 10:05:05

Vezměte si k ruce nějaké schéma klasické uhelné elektrárny a zkuste si do toho namalovat někam tento akumulátor tepelné energie a odpovědět si na otázky:

Jak dostat tepelnou energii do akumulátoru?
Jak dostat tepelnou energii ve formě horké páry pro turbínu z akumulátoru?

Zjistíte, že to celé nedává smysl z pohledu energetické účinnosti, komplexity celé výroby ani z pohledu dosažení potřebné kapacity v rozumných mezích zástavby.

Jeden konkrétní aspekt celé té věci. Ta úžasná kapacita se váže na "tání" jedné z látek v kompozitním materiálu. To znamená, že akumulátor musí fungovat v úzkém rozmezí teplot okolo bodu tání, jinak je ta jeho kapacita řádově nižší. Pro takový zdroj energie se klasický Rankinův parní cyklus nehodí, lepší jsou Braytonův cyklus s regenerací, která umožňuje udržovat minimální rozdíl teplot na vstupu a výstupu do zdroje tepla nebo Stirlingův. Ten má ale problémy se škálováním na velké výkony. Nic z toho ale nezní jako triviální retrofit klasické uhelky.

Odpovědět


Re: Re: Re: A jak vypadá reálný cyklus

Jiří Petráš,2020-09-10 11:56:22

Můžou tam být různé materiály s různou teplotou tání.

Odpovědět

Vláďa Řezáč,2020-09-10 07:50:20

trik je samozřejmě v té "další" hmotě, která zřejmě snadno taje a tuhne, má pravděpodobně slušné skupenské teplo a matriční kostka je tu jen jako balast který má teplo/chlad rychle rozvádět do celé té další hmoty, jinak by na to stačila bandička.

Odpovědět

Termodynamika

Jiří Kalous,2020-09-10 07:47:33

Zajímalo by mě, jak dlouho po nahřátí kostka teplo udrží...Jestli má vysokou tepelnou vodivost, bude i rychle chladnout.

Odpovědět


Re: Termodynamika

Jiří Petráš,2020-09-10 11:54:34

když má vysokou tepelnou vodivost tak chladnout bude tak rychle, jak rychle se bude teplo odebírat, asi přítokem vody a změnou na páru, jinam teplo nepůjde, protože to bude uzavřené a tepelně izolované od okolí. Budou jen malé ztráty přes tepelnou izolaci do okolí. Určitě minerální vata jako všude.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace