Ученые открыли способ повышения эффективности объектов альтернативной энергетики

Томск, 1 дек - ИА Neftegaz.RU. Ученые из Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с коллегами из СПбГМТУ проанализировали способы увеличения эффективности альтернативных источников энергии.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Journal of Energy Storage.
Об этом сообщила пресс-служба ТПУ.

Ученые утверждают, что специальные системы с электрохимическими накопителями энергии позволят использовать до 97% производимой ветряными турбинами и солнечными панелями энергии, вместо текущих 5%.
В настоящее время это технически невозможно из-за нестабильности поступления энергии от этих источников.

Важность накопителей энергии

Над созданием Систем накопления (хранения) энергии (СНЭ, ESS) бьются ученые всего мира.
Несмотря на потенциал нетрадиционных возобновляемых источников энергии (ВИЭ), использование ветрогенераторов и солнечных панелей в настоящее время практически невозможно без эффективных систем хранения энергии.
Действительно, днем, когда солнца много, солнечной энергии в избытке, но что делать вечером, когда солнца нет, и генерация солнечной энергии на 0?
Ветер тоже не поддается прогнозам.
Сегодня ветер есть и ветрогенераторы работаю на полную мощность, завтра ветра нет. И где брать электроэнергию?
Основная задача ученых и инженеров заключается в обеспечении возможности использования производимой ветрогенераторами и солнечными панелями электроэнергии путем создания надежных систем хранения.
В настоящее время энергию, производимую ветряными турбинами и СЭС, рискованно использовать в промышленности и транспорте в качестве основного источника из-за нестабильности ее поступления.

Отсутствие общепринятых методов оценки репрезентативных температур ячеек электрохимических батарей - одно из препятствий на пути эффективного использования ВИЭ

Работы над созданием СНЭ ведутся активно, но нет унификации оценки репрезентативных температур и алгоритмов диагностики их работоспособности.
Это температура, по которой оценивается состояние элемента СНЭ.
Ученые - сибиряки озаботились необходимостью создания специальных систем обеспечения теплового режима эффективных электрохимических СНЭ.

Есть проблема:

• высокие плотность тока и емкость аккумуляторов наряду с приемлемыми массогабаритными характеристиками обеспечивают рост их применения во многих отраслях промышленности.
• но уменьшение эффективной поверхности теплообмена аккумуляторов с окружающей средой или увеличение плотности вырабатываемой электрической энергии приводит к перегреву, пожарам и взрывам.
• основная причина - интенсивное тепловыделение, происходящее в аккумуляторе во время циклов заряда/разряда даже в типичных условиях эксплуатации.

Безопасная эксплуатация СНЭ и их использование для электроэнергии ВИЭ возможны только при обеспечении интенсивного теплообмена между накопителями и окружающей средой.
Сегодня не существует аналогов проведенного исследования, подтверждающих необходимость разработки систем обеспечения теплового режима накопителей.

Исследование

Оценка работоспособности электрохимических аккумуляторов проводилась с использованием 4 репрезентативных температур: поверхности корпуса, Т_к; средней, Т_ср; максимальной, Т_к; температуры окружающей среды, Т_окр.
В то же время использование репрезентативных температур позволяет анализировать следующие процессы и характеристики работы электрохимических источников тока: тепловой разгон, Т_случай, Т_макс; скорость разряда, Т_к, Т_ср; календарный возраст, Т к, Т окр.; условия внутреннего короткого замыкания (Т к, Т макс); скорость деградации/старения (Т окр., Т макс, Т ср); тепловые потери (Т ср); внутреннее сопротивление (Т окр., Т к); снижение работоспособности батареи ( случай Т); циклический срок службы (Т к, Т ср, Т макс [20], Т окр; снижение мощности ( случай Т; термический пробой (Т max).
Оценка тепловых условий аккумуляторов и СНЭ ранее изучались численно, но не учитывалась значительная неоднородность температурного поля на уровне элементов аккумуляторной батареи.
Сибиряки сделали анализ теплового состояния типичного базового элемента свинцово-кислотного аккумулятора в двумерной постановке.
На основе проведенного численного анализа температурного поля в характерных сечениях ячейки проведен сравнительный анализ представительных температур элементов батареи в типичных условиях эксплуатации.
Вывод таков, использование электрохимических СНЭ при переходе к ВИЭ потребует от производителей батарей оценки и указания тепловых характеристик батарей наряду с энергетическими параметрами.


В будущем ученые планируют исследовать тепловые режимы литий-ионных батарей, широко используемых в промышленности.

Автор: А. Шевченко