जो कोई भी कभी धूप वाले दिन समुद्र तट पर नंगे पैर चलता है, वह इस बात की अधिक समझ के साथ चलता है कि रेत कितनी गर्मी बरकरार रख सकती है।यह क्षमता भविष्य में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाने की उम्मीद है, क्योंकि गर्म रेत से जुड़ी तकनीक ऊर्जा भंडारण आवश्यकताओं के उत्तर का हिस्सा बन जाती है।
बाद में उपयोग के लिए ऊर्जा भंडारण के संदर्भ में ज्यादातर लोग बैटरियों के बारे में सोचते हैं, लेकिन अन्य प्रौद्योगिकियां भी मौजूद हैं।पंपयुक्त भंडारण जलविद्युत एक सामान्य तरीका है, हालांकि इसके लिए अलग-अलग ऊंचाई पर जलाशयों की आवश्यकता होती है और यह भूगोल द्वारा सीमित है।दूसरा दृष्टिकोण इस पर निर्भर करता है कि इसे क्या कहा जाता हैतापीय ऊर्जा भंडारण, या टीईएस, जो पिघले हुए नमक या अत्यधिक गरम चट्टानों का उपयोग करता है।
टीईएस मौजूदा भंडारण प्रौद्योगिकियों के लिए कम लागत वाले विकल्प के रूप में वादा दिखाता है, और रेत जैसे ठोस कणों में ऊर्जा भंडारण भूवैज्ञानिक प्रतिबंधों के बिना एक तैयार उत्तर प्रदान करता है।
आख़िरकार, हवा और पानी की तरह रेत भी हर जगह मौजूद है।
प्रयोगशाला के थर्मल एनर्जी सिस्टम्स ग्रुप के मैकेनिकल इंजीनियर ज़ीवेन मा ने कहा, "रेत तक पहुंचना आसान है। यह पर्यावरण के अनुकूल है। यह व्यापक तापमान रेंज में काफी स्थिर है। इसकी लागत भी कम है।"
दीर्घकालिक भंडारण की आवश्यकता
एनआरईएल में विकसित और प्रोटोटाइप की गई पेटेंट तकनीक से पता चलता है कि हीटर कैसे संचालित होते हैंपुनःप्राप्य उर्जा स्रोतजैसे हवा और सौर रेत के कणों के तापमान को वांछित तापमान तक बढ़ा सकते हैं।फिर रेत को भंडारण के लिए एक साइलो में जमा किया जाता है और बाद में उपयोग किया जाता है, या तो बिजली पैदा करने के लिए या औद्योगिक अनुप्रयोगों में गर्मी संसाधित करने के लिए।एक प्रयोगशाला-स्तरीय प्रोटोटाइप ने प्रौद्योगिकी को मान्य किया और शोधकर्ताओं को एक कंप्यूटर मॉडल बनाने की अनुमति दी जो दिखाता है कि एक वाणिज्यिक-स्तरीय उपकरण कम से कम पांच दिनों तक अपनी 95% से अधिक गर्मी बरकरार रखेगा।
"लिथियम-आयन बैटरियों ने वास्तव में दो से चार घंटे के भंडारण पर बाजार पर कब्ज़ा कर लिया है, लेकिन अगर हम अपने कार्बन कटौती लक्ष्यों को प्राप्त करना चाहते हैं, तो हमें लंबी अवधि के ऊर्जा भंडारण उपकरणों की आवश्यकता होगी - ऐसी चीजें जो कई दिनों तक ऊर्जा संग्रहीत कर सकती हैं," उन्होंने कहा।जेफरी गिफ़ोर्ड, एनआरईएल में पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता।
गिफ़ोर्ड, जो पहले से ही मा ऑन के साथ दो पेटेंट साझा करता हैहीट एक्सचेंजर्सजो संग्रहीत थर्मल ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित करता है, ने कहा कि थर्मल ऊर्जा को स्टोर करने के लिए रेत या अन्य कणों का उपयोग बैटरी पर एक और फायदा है।"कण थर्मल ऊर्जा भंडारण दुर्लभ-पृथ्वी सामग्री या उन सामग्रियों पर निर्भर नहीं करता है जिनकी जटिल और अस्थिर आपूर्ति श्रृंखला होती है। उदाहरण के लिए, मेंलिथियम आयन बैटरी, अधिक नैतिक रूप से कोबाल्ट खनन की चुनौती के बारे में बहुत सारी कहानियाँ हैं।"
टीईएस के अलावा, गिफोर्ड की विशेषज्ञता कम्प्यूटेशनल तरल गतिशीलता में है।वह ज्ञान महत्वपूर्ण है क्योंकि रेत को भंडारण उपकरण के माध्यम से प्रवाहित करने की आवश्यकता होती है।अन्य टीईएस मीडिया में कंक्रीट और चट्टानें शामिल हैं, जो आसानी से गर्मी बरकरार रख सकते हैं लेकिन मजबूती से अपनी जगह पर बने रह सकते हैं।"आपकागर्मी का हस्तांतरणयदि आप अपने मीडिया को चला रहे हैं तो यह बहुत अधिक, बहुत तेज और अधिक प्रभावी है," गिफोर्ड ने कहा।
टीईएस का एक और प्रमुख लाभ भी है: लागत।मा ने गणना की है कि संपीड़ित वायु ऊर्जा भंडारण (सीएईएस), पंप जल विद्युत और दो प्रकार की बैटरियों सहित चार प्रतिद्वंद्वी प्रौद्योगिकियों की तुलना में ऊर्जा भंडारण के लिए रेत सबसे सस्ता विकल्प है।सीएईएस और पंपयुक्त जलविद्युत केवल दसियों घंटों तक ऊर्जा संग्रहित कर सकते हैं।
सीएईएस के लिए प्रति किलोवाट-घंटा लागत $150 से $300 तक होती है, जबकि पंपयुक्त जलविद्युत के लिए यह लगभग $60 है।लिथियम-आयन बैटरी की लागत 300 डॉलर प्रति किलोवाट-घंटा होगी और इसमें केवल एक से चार घंटे तक ऊर्जा संग्रहीत करने की क्षमता होती है।सैकड़ों घंटों तक चलने वाली अवधि के साथ, भंडारण माध्यम के रूप में रेत की लागत $4 से $10 प्रति किलोवाट-घंटा होगी।कम लागत सुनिश्चित करने के लिए, ऑफ-पीक, कम कीमत वाली बिजली का उपयोग करके गर्मी उत्पन्न की जाएगी।
मा, जिनके पास प्रौद्योगिकी पर मुट्ठी भर पेटेंट हैं, ने पहले कम लागत वाले थर्मल ऊर्जा भंडारण और उच्च दक्षता वाले पावर चक्र का उपयोग करके आर्थिक दीर्घकालिक बिजली भंडारण के लिए ENDURING नामक ARPA-E वित्त पोषित परियोजना पर प्रमुख अन्वेषक के रूप में कार्य किया था।.प्रोटोटाइप इस प्रोजेक्ट से आया है.
इसके बाद 2025 में बोल्डर, कोलोराडो के बाहर एनआरईएल के फ्लैटिरॉन कैंपस में इलेक्ट्रिक थर्मल एनर्जी स्टोरेज (ईटीईएस) सिस्टम की शुरुआत होगी, जिसे 10 से 100 घंटों के बीच ऊर्जा स्टोर करने के लिए डिज़ाइन किया जाएगा।स्टैंड-अलोन सिस्टम किसी भी साइटिंग प्रतिबंध से मुक्त है जो सीएईएस या पंप स्टोरेज हाइड्रोपावर स्थापित करने की सीमा को सीमित करता है।
डीओई-वित्त पोषित प्रदर्शन परियोजना, मा ने कहा, का उद्देश्य टीईएस के लिए रेत की व्यावसायिक क्षमता दिखाना है।
ऊर्जा को अस्थायी रूप से संग्रहीत करने के लिए पिघला हुआ नमक पहले से ही उपयोग में है, लेकिन वे लगभग 220°C (428°F) पर जम जाते हैं और 600°C पर विघटित होना शुरू हो जाते हैं।मा जिस रेत का उपयोग करने का इरादा रखता है वह संयुक्त राज्य अमेरिका के मध्यपश्चिम में जमीन से निकलती है, उसे "ठंड" से रखने की आवश्यकता नहीं होती है और वह 1,100°C (2,012°F) की सीमा में काफी अधिक गर्मी बरकरार रख सकती है।) जो ऊष्मा को संग्रहित कर सकता हैविद्युत उत्पादनया औद्योगिक गर्मी के लिए जलने वाले जीवाश्म ईंधन को प्रतिस्थापित करना।
"यह भंडारण की एक नई पीढ़ी का प्रतिनिधित्व करता हैपिघला हुआ नमक,'' माँ ने कहा।
यह तय करना कि गर्मी को क्या संग्रहित करेगा
लेकिन क्या कोई पुरानी रेत ही काम करेगी?एनआरईएल शोधकर्ताओं के अनुसार नहीं, जिन्होंने विभिन्न जांच कीठोस कणउनकी प्रवाह करने और गर्मी बनाए रखने की क्षमता के लिए।मेंएक कागजपिछली शरद ऋतु में प्रकाशितसौर ऊर्जा, मा और अन्य ने आठ ठोस कण उम्मीदवारों पर प्रयोग किया।जिन कणों पर विचार किया गया वे मानव निर्मित थेसिरेमिक सामग्रीफ्रैकिंग, कैलक्लाइंड फ्लिंट क्ले, ब्राउन फ्यूज्ड एल्यूमिना और सिलिका सैंड में उपयोग किया जाता है।1,200°C (2,192°F) के लक्ष्य तापमान पर थर्मल अस्थिरता के कारण मिट्टी और फ़्यूज़्ड एल्यूमिना को अस्वीकार कर दिया गया था।
सिरेमिक सामग्रियों ने सभी श्रेणियों में रेत से बेहतर प्रदर्शन किया, लेकिन सीमांत प्रदर्शन लाभ को उच्च लागत को उचित ठहराने के लिए अपर्याप्त माना गया।जबकि रेत की कीमत 30 डॉलर से 80 डॉलर प्रति टन थी, सिरेमिक सामग्री की कीमतें लगभग दो परिमाण अधिक थीं।रेत अल्फा क्वार्ट्ज के अति-शुद्ध रूप में है और मध्यपश्चिम में आसानी से उपलब्ध है।
एनआरईएल में थर्मल एनर्जी साइंस एंड टेक्नोलॉजीज रिसर्च ग्रुप के प्रबंधक क्रेग टर्ची ने कहा, रेत में संग्रहित की जा सकने वाली ऊर्जा की मात्रा का विस्तार करना उतना ही सरल है जितना अधिक रेत जोड़ना।
उन्होंने कहा, "अतिरिक्त भंडारण क्षमता जोड़ने के लिए यह एक सीमांत लागत है।""हमें मिनटों से लेकर महीनों तक के भंडारण की आवश्यकता होती है। बैटरियां अपने पैमाने के आधार पर मिनटों से लेकर घंटों तक में वास्तव में अच्छी तरह से काम करती हैं। और जब आप भंडारण के महीनों में पहुंच जाते हैं, तो आप आमतौर पर इसे प्रदान करने के लिए हाइड्रोजन जैसा ईंधन बनाने पर विचार कर रहे होते हैंदीर्घकालिक भंडारण। लेकिन कई घंटों और दो सप्ताह के बीच की अवधि में, हाइड्रोजन उसके लिए बहुत महंगा है।
अत्यधिक गर्म रेत को वापस बिजली में बदलने के लिए आवश्यक घटकों के लिए अग्रिम लागत की आवश्यकता होती है।"लेकिन एक बार आपने इसके लिए भुगतान कर दिया है," टर्ची ने कहा, "यदि आप अपनी बिजली के लिए अधिक अवधि चाहते हैं तो अधिक जोड़ना बहुत सस्ता हैरेतविकल्प की तुलना में, जो बैटरी जोड़ते रहना है।"अधिक जानकारी:
पैट्रिक डेवनपोर्ट एट अल, थर्मल ऊर्जा भंडारण और केंद्रित सौर ऊर्जा प्रणालियों में आवेदन के लिए ठोस कण उम्मीदवारों की विशेषता,सौर ऊर्जा(2023)।डीओआई: 10.1016/जे.सोलनर.2023.111908उद्धरण:
ऊर्जा भंडारण का समाधान आपके पैरों के नीचे हो सकता है (2024, 29 मार्च)29 मार्च 2024 को पुनः प्राप्तhttps://techxplore.com/news/2024-03-solution-energy-storage-beneath-feet.html से
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