Ano ang Mga Baterya ng Buhangin? Lahat ng Kailangan Mong Malaman

Ang balita tungkol sa isang sand battery mula sa Finland ay naging balita kamakailan, bagama't ang system na iyon ay nag-imbak at naglabas lamang ng init.

Ang thermal heat storage ay hindi isang bagong teknolohiya, ngunit itinatampok ng pilot project na ito ang ilan sa mga posibilidad sa hinaharap ng mga teknolohiya at sistema ng berdeng enerhiya.

Tinitingnan ng post na ito ang teknolohiyang nakapalibot sa buhangin para sa pag-iimbak ng enerhiya, pati na rin ang mga katulad na teknolohiya, at kung ano ang ibig sabihin ng mga ito para sa mundo.

Enerhiya Mula sa Buhangin?

Ang natural na buhangin ay nagtataglay ng maraming katangian na ginagawa itong mainam na daluyan para sa pag-iimbak ng thermal energy. Maaari mo itong painitin sa mga temperaturang higit sa 1,000°C (1,832°F) nang walang mga isyu at maaari nitong hawakan ang init na iyon sa loob ng mga araw, linggo, at kahit na buwan nang may kaunting pagkawala.

Kung isasaalang-alang mo na ang baterya ay isang paraan ng pag-iimbak ng enerhiya na ginawa sa isang partikular na oras, upang magamit ito sa ibang oras, kung gayon ang buhangin na pinainit ng elektrikal na enerhiya para sa pag-iimbak at paggamit sa ibang pagkakataon, ay isang baterya.

Ang Viral Sand Battery Mula sa Finland

Sa kanlurang distrito ng Finnish ng Kankaanpää ay matatagpuan ang isang patentadong sistema ng enerhiya sa pag-iimbak ng init na binuo ni Gabi ng Polar. Gumagamit ito ng sobrang elektrikal na enerhiya mula sa mga nababagong pinagkukunan upang magpainit ng buhangin sa isang 7-meter high at 4-meter wide na silo hanggang 600°C (1,112°F) para sa pag-iimbak at sa paglaon sa paggamit sa district heating network.

Ang ilang mga bagay ay mahalagang tandaan dito. Una, ang enerhiya na ginagamit ay labis na henerasyon mula sa renewable sources tulad ng hangin at solar. Inaalis nito ang anumang layunin na paghahambing sa iba pang mga sistema ng pag-iimbak ng enerhiya para sa mga layuning pangkomersyo.

Pangalawa, ang sistema ay ginagamit lamang para sa thermal storage at paghahatid - iyon ay, ang elektrikal na enerhiya ay na-convert sa init at naka-imbak sa buhangin. Pagkatapos, kapag kinakailangan, ang init ay kinukuha at ipinamamahagi sa mga tahanan at pabrika kung saan ito kinakailangan.

Pangatlo, ang natural na buhangin ay maaaring magkaroon ng isang kahanga-hangang dami ng enerhiya. Halimbawa, itong Finnish Polar Night na baterya ay may hawak na 100 tonelada ng buhangin sa humigit-kumulang 600 Celsius, para sa kabuuang 8MWh ng nakaimbak na enerhiya sa 100kW na kapasidad ng pag-init. Ginagawa nitong ang buhangin ay isang napaka murang daluyan ng pag-iimbak ng enerhiya nang walang mga magarbong teknolohiya, pag-install, o mapanganib na mga kinakailangan.

Tungkol sa Seasonal Thermal Energy Storage

Ang Seasonal Thermal Energy Storage o STES para sa maikling salita, ay umiiral nang napakatagal na panahon. Sa pinakasimpleng anyo nito, maaari kang kumuha ng mainit na tubig mula sa bubong sa panahon ng tag-araw at i-save ito sa isang tangke sa ilalim ng lupa, na maaari mong gamitin para sa pagpainit sa panahon ng taglamig.

Karamihan sa mga sistema ng STES, gayunpaman, ay nag-iimbak ng init sa mas mababa sa 100°C, na ginagawang okay ang mga ito para sa pagpainit ng mga bahay at opisina, ngunit hindi gaanong perpekto para sa iba pang pang-industriya na gamit o pagbuo ng kuryente.

Ang pamamaraan ay simple, inilalantad mo ang anumang daluyan na maaaring bitag at humawak ng init sa isang pinagmumulan ng radiation, tulad ng araw, basura ng init sa industriya, at iba pa. Ang kahusayan ng sistema ay nakasalalay sa paraan ng pagpapalitan ng init at sa kahusayan nito.

Susunod, kailangan mong iimbak ang heated medium sa isang insulated enclosure, upang mabawasan ang pagkawala ng enerhiya. Ang ilang mga enclosure ay maaaring humawak ng init sa loob ng maraming buwan.

Sa wakas, ang daluyan ng imbakan ay ibinubomba sa panahon ng taglamig upang magbigay ng pag-init sa mga tahanan at opisina sa pamamagitan ng pagdaan nito sa isa pang palitan ng init tulad ng pampainit ng radiator. Ang mga karaniwang materyales na ginagamit bilang mga daluyan ng imbakan ng STES ay kinabibilangan ng tubig, langis, lupa, salt hydrates, at iba pa.

Mga Patok na Gamit ng Nakaimbak na Thermal Energy

Ang naka-imbak na thermal energy ay may maraming gamit, depende sa nilalayon na aplikasyon. Narito ang mga pinakasikat:

1. Pag-init ng mga Bahay at Opisina – Ang naka-imbak na thermal ay madaling makapagbigay ng pag-init para sa mga lugar na tirahan at nagtatrabaho sa taglamig.
   
2. Hot Tubig – Ang init ay maaari ding ilipat upang magbigay ng laging handa na mainit na tubig para sa pang-araw-araw na paggamit.
   
3. Industrial Aplikasyon – Ginagamit ang mainit na tubig para sa malawak na hanay ng mga pang-industriyang aplikasyon, mula sa paghahalo hanggang sa paglilinis, pagproseso ng pagkain, paggawa ng mga solvent, isterilisasyon, at marami pang iba.
   
4. Produksyon ng Elektrisidad  – Maaari mo ring gamitin ang naka-imbak na thermal energy upang magpainit ng tubig sa singaw at paandarin ito ng mga turbine, na kung saan ay magmaneho ng mga alternator na gumagawa ng kuryente.

Ang Economics ng Isang Sand Battery

Ang tubig ay maaaring mag-imbak ng mas maraming enerhiya kumpara sa buhangin, ngunit ito ay nagiging hindi matatag mula sa 100°C (212°F) pataas, habang ang buhangin ay madaling maglaman ng 600°C (1112°F) na temperatura.

Pananatilihin din ng tubig ang thermal energy nito nang mas mahaba kaysa sa buhangin, na ginagawang mas magandang daluyan ng tubig para sa pana-panahong pag-iimbak ng enerhiya. Gayunpaman, kung isinasaalang-alang mo ang isang application na gumagamit ng init sa loob ng ilang oras o ilang araw lamang, ang buhangin ay magiging isang nangungunang opsyon muli. Ito ay perpekto para sa pagpupuno ng pasulput-sulpot na mga mapagkukunan ng enerhiya tulad ng PV solar at hangin.

Bumalik sa Finnish sand battery, ang 7-meter high steel container ay idinisenyo para sa 100 tonelada ng buhangin, na nagtataglay ng hanggang 8MWh ng enerhiya.

Upang ilagay ito sa pananaw, ang karaniwang tahanan sa US ay gumagamit ng humigit-kumulang 10MWh ng enerhiya bawat taon, habang ang bilang na iyon ay nag-iiba sa Europe mula sa humigit-kumulang 2MWh sa Romania hanggang 9MWh sa Sweden. Bilang karagdagan, ang 30-50% ng enerhiya ay ginagamit para sa pagpainit hanggang sa taglamig.

Nangangahulugan ito na ang isang 7-meter high na sand reservoir ay makakapagdulot ng sapat na kapangyarihan upang magpainit ng ilang tahanan sa taglamig, at depende sa iyong lokasyon. Ngunit ito ay magiging isang hindi praktikal na aplikasyon sa mga sentro ng lunsod na may siksik na populasyon, dahil sa laki nito.

Ang pagpapalit ng 100kW na kapasidad ng pagpainit nito sa kuryente sa 30% sa kabilang banda ay makakapagdulot ng sapat na kuryente para sa mahigit 20 bahay sa araw, at marami pang tahanan sa gabi.

Kaya, maayos na na-optimize, ang isang sand battery na nagkakahalaga ng humigit-kumulang $5 kada kWh na kapasidad ay maaaring maging isang mahusay na alternatibo sa kasalukuyang $100+ kada kWh na halaga para sa lead-acid at lithium-ion na mga sistema ng baterya. Oo, maaaring mas malaki ito, ngunit mas mura ito.

Mga Baterya ng Buhangin Para sa Pagbuo ng Elektrisidad

Ang pag-iimbak ng thermal energy para magamit sa ibang pagkakataon sa pagbuo ng kuryente ay isang napatunayan at maaasahang teknolohiya na ipinatupad sa Concentrated Solar Power (CSP) mga proyekto sa loob ng mga dekada.

Ang enerhiya sa modernong CSP system ay nakulong sa pamamagitan ng pag-concentrate ng daan-daan o libu-libong salamin sa iisang furnace. Pagkatapos, sinusubaybayan ng mga salamin na ito ang araw sa buong araw upang matiyak ang patuloy na init sa furnace hanggang 565°C (1,049°F).

Ang mga pag-install ng CSP ay kadalasang napakalaki, na sumasaklaw sa milyun-milyong square feet (~1+km2) sa lugar, kasama ang kanilang mga solar receiver sa gitna at mga electrical generating capacities sa 100+ Megawatt range.

Ang isang molten salt mixture na may 60% sodium nitrate at 40% potassium nitrate ay ginagamit upang mag-imbak ng enerhiya sa mga CSP system para sa pagbuo ng gabi. Hindi tulad ng sand battery, gayunpaman, ang halo ng asin na ito ay natutunaw sa mataas na temperatura upang gawin itong dumaloy na parang likido.

Ang parehong CSP at sand battery system ay nagko-convert ng solar power sa init na enerhiya sa halos pantay na kahusayan na 15-20%. Ngunit habang ang CSP molten salt system ay may humigit-kumulang 50% na kahusayan sa pag-convert ng nakaimbak na init sa kuryente, ang Finnish sand battery ay may teoretikal na 20-25% na kahusayan.

Commercially viable ang mga CSP system, kaya kung maaari mong i-tweak itong Finnish na baterya para makakuha ng higit sa 30% heat-to-electricity na kahusayan sa conversion, maaari itong maging isang praktikal na teknolohiya para mag-imbak at mag-supply ng nababagong kuryente nang mura.

Katulad na Storage Technologies

Mayroong maraming iba pang mga anyo ng pag-iimbak ng enerhiya, bawat isa ay may mga kalamangan at kahinaan nito. Ang pinakasikat na mga uri ay kinabibilangan ng:

1. Imbakan ng Enerhiya ng Electrochemical – Tulad ng makikita mo sa mga baterya, ginagamit nito ang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng dalawang elemento upang mag-imbak at maglabas ng enerhiya gamit ang mga reversible electrochemical reactions.
   
2. Imbakan ng Mekanikal na Enerhiya – Kabilang dito ang iba't ibang pamamaraan kabilang ang paggamit ng mga flywheel at spring, pati na rin ang mga gravitational system na nag-iimbak ng enerhiya sa isang bagay sa pamamagitan ng pag-winching nito at pagtaas ng altitude nito.
   
3. Molten Salt Energy Storage (MSES) – Ang imbakan dito ay thermal, tulad ng paggamit ng kumbinasyon ng 60% sodium nitrate at 40% potassium nitrate.
   
4. Thermal Hot Water – Ang pamamaraang ito ay maaaring mag-imbak ng hanggang 6kWh ng enerhiya sa isang 50-gallon na tangke ng mainit na tubig.
   
5. Pumped Hydro – Ang pinakamurang paraan ng pag-iimbak ng enerhiya. Ang pangunahing isyu nito, gayunpaman, ay ang limitadong mga lokasyon kung saan maaari itong ipatupad.
   
6. Compressed Air – Katulad ng hydro, ang pamamaraang ito ay nag-compress lamang ng hangin upang mag-imbak ng enerhiya. Pagkatapos ay kapag kailangan mo ng enerhiya, ilalabas mo ang naka-compress na hangin upang paandarin ang isang turbine.
   
7. bolante – Gumagamit ka lang ng enerhiya upang paikutin ang isang mahusay na balanseng gulong, na iniimbak sa gayon bilang kinetic energy na maaaring magamit para sa paggalaw o pagbuo ng kuryente.
   
8. Daloy ng Baterya – Ito ay isang electrochemical storage system kung saan ang mga electrolyte ay nasa iba't ibang tangke at kailangang dumaloy mula sa isang ganap na naka-charge na tangke patungo sa isang walang laman na tangke ng pagkarga. Pagkatapos ay upang singilin ang mga electrolyte, baligtarin mo lang ang daloy. Ang pamamaraang ito ay maaaring makagawa ng napakalakas na mga baterya habang ang dalawang electrolyte ay nakikipag-ugnayan sa pamamagitan ng isang lamad na maaari mong sukatin nang husto.
   
9. Mga Materyales sa Pagbabago ng Yugto – Ang mga materyales na ito ay sumisipsip ng enerhiya habang sila ay natutunaw, pagkatapos ay ibibigay ito habang sila ay nagpapatigas. Ang mga ito ay perpekto para sa pag-iimbak ng thermal energy sa mga tiyak na temperatura.

Frequently Asked Questions (FAQ)

Konklusyon

Naabot na natin ang dulo ng pagsaliksik na ito ng mga baterya ng buhangin at ang kanilang potensyal na pang-ekonomiya. At tulad ng dapat mong natanto, nag-aalok sila ng maraming mga posibilidad.

Mula sa pagbibigay ng init sa mga komunidad hanggang sa pagbuo ng kuryente, ang mura ng dumi ng silica sand ay ginagawa itong isang promising medium para sa hinaharap na mga proyekto ng enerhiya.