ЦИНЭР РАЗРАБОТАЛ НОВЕЙШИЙ СПОСОБ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛА В ЭНЕРГИЮ
ПОИСК НОВЫХ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ СПОСОБОВ ХРАНЕНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ
Сегодняшний мир критически зависит от энергоресурсов. Примером тому разразившийся энергетический кризис на Западе. Цены на газ и топливо вновь и вновь бьют исторические рекорды. Дефицит энергоресурсов оборачивается ростом тарифов на электроэнергию, повышению темпов инфляции, что в целом сказывается на падении экономики развитых стран.
Поиск резервных источников энергии – становится важнейшим приоритетом мировой индустрии. В силу того, что технологический прогресс свернул в область электрических устройств – приоритет отдаётся аккумуляторам, способным хранить электрический заряд. А основным аккумулятором, применяемым сегодня на рынке, является и остаётся литий-ионный аккумулятор и его различные производные. Однако, если человечество не поумерит свои аппетиты применять литиевые батареи на лавинообразно растущем рынке потребительских девайсов и электромобилей - то в ближайшие пару десятилетий запасы лития и других редкоземельных металлов на Земле просто иссякнут. Также не следует забывать, что перед человечеством во весь рост встаёт новая экологическая проблема, которую люди на сегодняшний день эффективно решать так и не научились – это утилизация литий-ионных батарей.
Действительно, есть повод задуматься: бить тревогу или искать выход из сложившейся ситуации. И здесь два пути решения вопроса. Первый – это искать способы увеличения добычи лития с целью насыщения активно растущего рынка и замена литий-ионных батарей на более эффективные их производные. Второй – поиск новейших технологий в области хранения и распределения энергии.
Несомненно, прорывным решением в области новейших энерготехнологий являются – термоаккумуляторы. И у этого подхода есть явные преимущества перед литий-ионными аккумуляторами. Они дешевле в производстве, они долговечней, но самое главное - ёмкость термоаккумуляторов выше традиционных литий-ионных батарей примерно в 20 – 30 раз. Так способны ли термоаккумуляторы вытеснить с рынка своих прямых конкурентов и занять достойное место на рынке как подкласс?! Давайте разбираться.
ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ТЕПЛОАККУМУЛЯТОРОВ
Теплоаккумуляторы, как альтернативный источник хранения энергии, идеально подходят для хранения тепловой энергии.
У теплоаккумуляторов есть два главных преимущества:
- 1. При строительстве накопителей большой ёмкости, они значительно дешевле (примерно в 10 раз) литий-ионных аккумуляторов той же ёмкости.
- 2. На 1 кг веса или единицу объёма теплоаккумуляторы хранят в 20-30 раз больше энергии. Так, например, компания 1414 Degrees разработала тепловой аккумулятор на основе расплавленного кремния, который может хранить 500 кВт*ч энергии в объеме около одной трети кубического метра. Как утверждает компания 1414 Degrees - это в 36 раз больше ёмкости 14-килотватной литий-ионной батареи Tesla Powerwall2.
Но почему если всё так хорошо с характеристиками теплоаккумуляторов, на сегодняшний день они не способны даже на толику потеснить на рынке литий-ионных конкурентов. Причина кроется в их самом главном недостатке. Учёные всего мира до сих пор не придумали эффективный способ преобразования накопленного тепла теплоаккумуляторов в электрическую энергию. Есть несколько технологических направлений в решении этой проблемы и основное на сегодняшний день - это термоэлектрогенерация.
Термоэлектрогенератор (или термогенератор) — это техническое устройство (электрический генератор), предназначенное для прямого преобразования тепловой энергии в электричество посредством использования в его конструкции термоэлементов (термоэлектрических материалов).
Самый распространённый термогенератор на сегодняшний день – это паровая турбина. Тепло используется для образования пара, который крутит турбину, присоединенную к генератору. Таким образом, главным методом получения электричества является непрямое преобразование тепла, сопряженное с весьма существенными энергетическими потерями. В среднем, КПД паровых турбин достигает максимум 20-25%. Так, на производство 1 ватта полезной электрической энергии в среднем тратится около 5 ватт тепла, из которых 4 уходят на разогрев окружающей среды.
В сегодняшней науке есть и другие передовые методы преобразования тепла в электроэнергию. Например, термо-ЭДС - избирательное нагревание (или охлаждение) точки контакта двух проводников, имеющих различные химические свойства, сопровождается появлением электродвижущей силы. Попросту говоря, на противоположных концах проводников возникает напряжение, а если их замкнуть, в цепи начнет течь электрический ток. Именно на этом принципе работает термопара — нехитрый прибор, применяемый для измерений температуры. Попытки приспособить феномен термо-ЭДС для получения электричества предпринимались неоднократно. Соответствующие устройства, называемые термоэлектрическими конверторами, довольно активно разрабатывались в течение последних 50-ти лет и даже нашли свое применение в некоторых областях промышленности. Однако для массового производства электроэнергии они явно непригодны. Во-первых, КПД подобных преобразователей не поднимается выше 7%. Из-за поиска сплавов с крепкой кристаллической структурой, обеспечивающей надежную стабильность при высоких температурах, термоэлектрическими конверторами ещё и дороги в производстве.
Есть правда и прорывы в термо-ЭДС, где с помощью искусственно синтезированной органической молекулы соединили два металлических проводника. По мнению ученых, это означает настоящий прорыв в преобразовании тепла в электричество: органика очень дешева и проста в производстве. КПД таких преобразователей максимально достиг на сегодня уровня в рекордные 15%.
Подводя итог эффективности термогенераторов, отметим, что всё преимущество теплоаккумуляторов в 30 раз иметь больше энергии на единицу веса или объёма – просто улетучивается и нивелируется перед низким КПД термогенераторов, способных преобразовать тепло в электричество.
Единственная область, где теплоаккумуляторы имеют неоспоримые преимущества – это ТЭЦ, где тепло идёт напрямую на использование комбинированного производства тепла и электроэнергии. Только там, где термоаккумуляторы используют для нагрева воды - суммарный эффект их эффективности достигает 80 – 90 %.
Таким образом, мы подошли к выводу, что теплоаккумуляторы могут действительно претендовать на превосходство над литий-ионными батареями, но только при определенных условиях.
Но только давайте задумаемся, чтобы было если бы кто-то из ученых рано или поздно всё же научится эффективно преобразовывать тепловую энергию в электрическую?
Мы уверены, это приведет к энергетической революции на рынке! Неправда ли?!
ЦИНЭР РАЗРАБОТАЛ НОВЕЙШИЙ СПОСОБ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛА В ЭНЕРГИЮ
Сегодня люди электричество производят 2-мя способами: обычным способом - путём сжигания угля, газа или других ископаемых видов топлива, и за счет возобновляемой энергетики. В обоих случаях всю производимую электроэнергию приходится отдавать в сеть, запитывая ЛЭП. Такой подход не является энергоэффективным, потому что потребители потребляют не всю энергию, находящуюся в сети, а только часть. Неизрасходованная часть – это огромные потери в размерах всего человечества.
На сегодняшний день две трети всей потребляемой человечеством энергии теряется в виде тепла. Учёные всегда искали способ как возможно эффективно преобразовать эти потери тепла в полезную энергию. Коллективу удалось решить эту техническую задачу. Последние годы ЦИНЭР работал над технологией, позволяющей преобразовывать энергию выхлопных газов в дополнительный источник энергии. В результате этой работы наши специалисты получили альтернативный способ преобразования тепла в механическую энергию и электрический ток. Эффективность полученного командой ЦИНЭР метода, по нашим оценкам, существенно выше существующих на рынке термоэлектрогенераторов.
Метод, разработанный ЦИНЭР, позволяет из хранимого тепла получить ровно столько энергии, сколько необходимо, то есть сегодня экологически чистым способом можно производить тепловую энергию в электрическую по мере необходимости и в нужном количестве. Разрабатываемое ЦИНЭР технологическое решение по сбору, аккумулированию и преобразованию тепла в чистую энергию – позволяет человечеству получить новейший подход в будущей энергетической логистике. ЦИНЭР имеет все шансы стать одной из ведущих компанией в мире по-новому и высокоэффективному методу электрогенерации и сыграть ключевую роль в переходе человечества на резервные источники энергии.
В ходе испытаний и разработки новой технологии, ЦИНЭР руководствовался комплексным подходом к технологии в целом – от момента накопления тепловой энергии, её хранения и дистрибуции, и до преобразования тепла в электрическую и механическую энергию прямо на месте пользования. Результатом, полученным командой наших учёных стали следующие апробированные методы и механические устройства:
- Компрессор, позволяющий с высокой эффективностью преобразовывать тепло из низкокалорийного в высококалорийное.
- Теплоаккумулятор, который способен аккумулировать высококалорийное тепло, хранить его долгое время и который можно перевозить на любые расстояния.
- Роторный двигатель нового поколения, позволяющий преобразовывать тепло в полезную механическую работу и электрический ток.
Отдельно хочется остановиться на прикладной рыночной задаче, которую ЦИНЭР смог решить — это утилизация и сбор низкокалорийного тепла, выбрасываемого сегодня в атмосферу. Например, это паразитное тепло, вырабатываемое серверами больших дата-центров и майнинговых ферм, булочными и пекарнями и пр. Для примера, напомним, что компьютеры в процессе майнинга криптовалюты выделяют более 23 млн. тонн углекислого газа в год, что равняется углеродному следу небольшой страны. Ученые и экологи посчитали, что из-за майнинга средняя температура Земли может повыситься на 2 градуса Цельсия. ЦИНЭР в ближайшем будущем сможет собирать такое «экологически вредное тепло» и преобразовывать его в полезную и чистую энергию.
Резюмируя всё вышесказанное, отметим, что новая технология ЦИНЭР — это новая реальность современности, позволяющая собирать и хранить избыточное тепло в тепло аккумуляторах и по мере необходимости преобразовывать это тепло в энергию прямо на местах его потребления, включая транспортные средства прямо во время движения: автомобили, трамваи и локомотивы. Это новейший и абсолютно экологичный метод производства энергии из возобновляемого источника, которым является - тепло.
Эта технология идеально вписывается в совместную работу наших установок greenBLAZE по переработке органических отходов жизнедеятельности человека – когда производимое тепло процессоров greenBLAZE можно собирать в теплоаккумуляторы, которые в свою очередь можно доставлять до мест потребителей, при необходимости создавать энергохранилища, и прямо на местах преобразовывать тепло в механическую и электрическую энергию. При этом наши теплоаккумуляторы будут занимать относительно небольшую площадь, и смогут на порядок больше хранить энергии чем существующие батареи на 1 кг веса или единицу объёма.
По нашей оценке, актуальность открытия ЦИНЭР на фоне общемировой нарастающей тенденции энергоперехода на экологически чистые технологии просто неоценима.