Сделан шаг к усовершенствованным устройствам накопления энергии — Naked Science
ДВФУ

Сделан шаг к усовершенствованным устройствам накопления энергии

4.1

Ученые Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) и Института автоматики и процессов управления ДВО РАН (ИАПУ ДВО РАН) изучили, как форма тепловых аккумуляторов, которые используют в традиционной и возобновляемой энергетике, влияет на их эффективность. Опираясь на полученные данные, инженеры-конструкторы смогут создавать усовершенствованные устройства накопления энергии под специальные задачи.

Сделан шаг к усовершенствованным устройствам накопления энергии / ©unsplash.com

Статья опубликована в журнале Renewable Energy. Закономерности влияния формы тепловых аккумуляторов на их эффективность ученые ДВФУ и ДВО РАН изучили для накопителей, принцип работы которых основан на использовании гранулированных материалах с фазовыми переходами. Нагреваясь, такие материалы переходят из твердого состояния в жидкое, за счет чего удается сохранить полученную тепловую энергию, чтобы отдать ее при затвердевании. Подобные устройства используют в перспективных энергетических системах.

Используя разработанную ими ранее численную модель, ученые рассчитали, как сужения и расширения цилиндрических тепловых аккумуляторов влияют на процессы накопления (зарядки), хранения и отдачи энергии (разрядки) такими аккумуляторами с учетом различных критериев предпочтительности.

«Исследуя процессы зарядки и разрядки тепловых аккумуляторов разных форм, мы применили шесть различных критериев эффективности, — рассказал Николай Луценко, один из авторов исследования, профессор Инженерного департамента Политехнического института (Школы) ДВФУ, заведующий лабораторией ИАПУ ДВО РАН. — Иногда наиболее предпочтительным может быть такой аккумулятор, в котором сохранится как можно больше проходящей через него энергии.

В другом случае может понадобиться аккумулятор с наименьшим временем зарядки. Также в случае разрядки кому-то требуется аккумулятор, который отдает наибольший процент запасенной энергии, а для других может оказаться более полезным аккумулятор, поддерживающий максимально долго температуру газа на выходе не ниже требуемой».

Ученый рассказал, что, чаще всего, предпочтительны тепловые аккумуляторы с прямыми стенками. В то же время форма накопителя тепловой энергии как при зарядке, так и при разрядке зависит от выбора критериев эффективности и конкретных условий процесса, таких как граничные условия, температура фазового перехода гранулированного материала и так далее. Сужение или расширение накопителей тепловой энергии дает преимущества в некоторых случаях.

Накопители тепловой энергии используют также в составе аккумуляторов других типов, например, в адиабатических накопителях энергии сжатого воздуха, которые применяют, чтобы запасать дешевую энергию, произведенную традиционными электростанциями ночью или же солнечными батареями и ветрогенераторами в благоприятную погоду, чтобы отдавать ее при пиковом энергопотреблении в утренние и вечерние часы.

«В этих накопителях запасают энергию сжатого газа: компрессоры закачивают газ в огромные емкости, где он может долго храниться, а при недостатке энергии сжатый газ из этих емкостей подается на турбины, которые раскручивают генераторы, вырабатывающие электрический ток. Традиционным накопителям энергии сжатого воздуха присущ недостаток — теряется тепло, выделяемое при закачке газа, который, как известно, нагревается при сжатии.

Когда же газ выходит из емкостей, он сильно охлаждается, а значит, перед подачей в турбину его нужно подогревать, для чего используется горючее. Сегодня разрабатываются инновационные адиабатические накопители энергии сжатого воздуха, в которых при режиме зарядки газ после компрессора сначала проходит через тепловой аккумулятор и отдает ему свое тепло, и только после этого поступает в хранилище.

В режиме разрядки такого накопителя газ из хранилища, расширяясь и охлаждаясь, поступает сначала в этот же тепловой аккумулятор, где забирает энергию и нагревается, а только потом подается на турбины, раскручивающие генераторы. КПД таких установок значительно повышается, и, кроме этого, улучшается их экологичность, так как отсутствует горение и сопутствующие ему выбросы в окружающую среду», — объяснил Николай Луценко.

Соавтором исследования выступил аспирант Николая Луценко, Сергей Фецов, который по итогам конкурса для студентов высших учебных заведений 2019 года был награжден медалью Российской академии наук за работу «Численное моделирование течений газа через слой гранулированного материала с фазовым переходом».

На базе ДВФУ и ДВО РАН под руководством Николая Луценко ученые, аспиранты и студенты проводят исследования в различных областях механики сплошных многокомпонентых сред. Кроме модерирования инновационных систем энергетики на основе композитных материалов с фазовыми переходами, исследуют фильтрационное горение пористых природных и техногенных систем, разрабатывают модели низкотемпературных газогенераторов перспективных гиперзвуковых летательных аппаратов. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Дальневосточный федеральный университет (ДВФУ) — федеральный университет во Владивостоке, основанный в 2011 году в результате объединения четырёх вузов, ДВГУ, ТГЭУ, ДВГТУ (все три — Владивосток) и УГПИ (Уссурийск). Ведёт свою историю от Восточного института — первого высшего учебного заведения на Дальнем Востоке.
11 часов назад
48 минут
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

Вчера, 11:36
68 минут
Ольга Иванова

Своими корнями история Армении уходит в глубокую древность и неразрывно связана с историей всего Древнего мира. Но зачастую, зная в деталях историю Рима и Древней Греции, мы в гораздо меньшей степени осведомлены о событиях, происходивших в Античное время в Армении, оказавшейся на перекрестке цивилизаций Запада и Востока. В силу многих причин она не попала в должном объеме в учебники и незнакома тем, кто интересуется историей. Попытаемся хоть немного исправить эту несправедливость.

1 час назад
9 минут
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

11 часов назад
48 минут
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

Вчера, 11:36
68 минут
Ольга Иванова

Своими корнями история Армении уходит в глубокую древность и неразрывно связана с историей всего Древнего мира. Но зачастую, зная в деталях историю Рима и Древней Греции, мы в гораздо меньшей степени осведомлены о событиях, происходивших в Античное время в Армении, оказавшейся на перекрестке цивилизаций Запада и Востока. В силу многих причин она не попала в должном объеме в учебники и незнакома тем, кто интересуется историей. Попытаемся хоть немного исправить эту несправедливость.

1 час назад
9 минут
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

13 июля
5 минут
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
7 минут
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

11 июля
28 минут
Александр Березин

Еще год назад почти все были уверены, что эпидемия быстро закончится. Ведь научные исследования говорили: иммунитет переболевших очень сильный, а повторные заболевания крайне редки. Российские власти все еще верят в это: глава Роспотребнадзора Анна Попова утверждает, будто повторно болеет только 1%. От этого в России до сих пор ждут достижения «группового иммунитета» осенью — и, разумеется, снятия ковидных ограничений. К сожалению, это пустые надежды. Данные из других стран вообще не показывают реальной возможности достичь группового иммунитета за счет переболевших. Разбираемся в деталях.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: