Кріоенергетика: кріогенна електростанція

Вже майже рік у промисловій зоні Слау недалеко від лондонського аеропорту Хітроу добові перепади у навантаженні регіональних енергомереж успішно компенсує перший у світі холодильник для електрики - 300-кіловаттна кріогенна акумулююча електростанція Highview Power Storage.

Авторство ідеї про утилізацію надлишкової генерації енергії шляхом зрідження атмосферного повітря (а фактично - азоту) в промислових кріогенних установках для мереж з високою часткою нестабільних джерел (на зразок вітрових і сонячних електростанцій) приписують професору Університету Лідс китайцю Юлон Діну. Але нічого нового йому придумувати не довелося. Всі компоненти кріогенного акумулятора (CES) - турбодетандери, судини Дьюара і паротурбінні генератори - відомі вже більше ста років. Дивно, що за цей час ніхто, крім Діна і його колег, не здогадався скласти разом ці ідеально збігаються шматочки різних «пазлів».

Вати в термосі

Все геніальне просто, і CES не виняток з правил. Щоб «засвоїти» тимчасово непотрібну електрику, повітря в CES охолоджується до -196 ° C, а отримана при цьому рідка суміш азоту і кисню закачується в закрите сховище-термос, де з мінімальними втратами (менше 0,5% на добу) і при атмосферному тиску може зберігатися тижнями. У моменти, коли мережі починають «просідати» під навантаженням, рідке повітря надходить на випаритель і, розширюючись в 700 і більше разів, розкручує турбіну. Попередній нагрів випарника необов'язковий - різниці в 210 − 230 градусів між буквально космічним холодом і звичайною «температурою за бортом» цілком достатньо для вибухового викиду прихованої енергії суміші. Льодяне повітря практично повністю повертається в робочий цикл.

Схема кріогенної акумулюючої електростанції. Енергія в повсякденному житті асоціюється у нас з теплом. Однак у разі кріогенної акумулюючої електростанції ключ до збереження енергії - це холод. Незатребувана протягом дня електроенергія перетворюється на світло-сіру рідину з температурою -196 ° C, і це не що інше, як зріджене атмосферне повітря.

Працездатність концепції Діна була доведена на першій же експериментальній установці потужністю 5 кВт, побудованої в 2010 році компанією Highview Power Storage на найбільшій в Британії 100-мегаваттній ТЕЦ Слау, яка працює на деревних відходах. Протягом дев'яти місяців установка справно «відвантажувала» в мережу запасені вночі дешеві кіловати з ефективністю понад 50%, а в режимі примусового прогріву рідкого повітря за допомогою відпрацьованого теплоносія з температурою 110 − 115 ° C ККД установки досягав солідних 70%, впритул наближаючись до ККД ГАЕС (гідроакумуляційних електростанцій) - «золотого стандарту» великої енергетики.

Успіх проекту був закріплений негайно. 1,1 млн, виділений урядом країни, ініціативна група у складі Highview, регіональних електромереж Scottish & Southern Energy і виробника кріогенної техніки BOC/Linde навесні минулого року запустила в Слау пілотну акумулюючу станцію потужністю 350 кВт з ємністю сховища 2,5 МВт/год (4-8 годин роботи 350 кВт з ємністю сховища 2,5 М)

Незважаючи на чудовий ККД у 83%, станція в Слау викидає в атмосферу величезну кількість відпрацьованого пара з температурою в межах 110-115 ° C. Існуючі технології рекуперації теплової енергії з такими температурами не працюють, і ефективні лише в діапазоні 120-370 ° C. Щоб перетворити відходи на доходи, компанія Scottish & Southern Energy використовує кидове тепло для прогрівання випарників CES, піднімаючи ККД акумулятора з 50 до 70%.

Из огня да в полымя.

Збірка станції на місці зайняла всього два місяці, оскільки абсолютно все використане в ній обладнання випускається серійно і не вимагає додаткової сертифікації. За словами головного технолога Highview Роба Моргана, подібні системи можна збирати з готових модулів, як конструктор Lego, і масштабувати їх електричні характеристики залежно від вимог мережі. Ємність модуля, в свою чергу, визначається обсягом енергоносія: термос на 10 т рідкого повітря щільністю 873 кг/м3 здатний видавати в мережу один мегават потужності на годину, на 100 т - 10 МВт/год, тощо. У періоди вимушеної бездіяльності CES-станції можуть виробляти на продаж зріджені технічні гази або виробляти холод для харчових, хімічних і металургійних комбінатів.

Зберігання рідкого повітря набагато безпечніше, ніж природного газу, мазуту або дизпалива, а сама технологія кріогенної акумуляції енергії відносно проста, доступна і компактна.

Процеси, що відбуваються в надрах пілотної кріогенної станції в Слау, діляться на три етапи: зрідження повітря в циклі середнього тиску (заряд акумулятора), зберігання «скрапленої» електрики та відновлення енергії з високим тиском (розряд). На першому етапі атмосферне повітря, що нагнітається в систему за допомогою гвинтових компресорів, піддається ретельному очищенню від домішок: пил і тверді частинки осідають на фільтрах, а волога, вуглеводні та СО2 відокремлюються за допомогою двошарового адсорбера з алюмогеля і синтетичних цеолітів. Цеоліти - це група мінералів, відомих своїми вбираючими якостями і здатністю до іонного обміну. Періодично адсорбери «забиваються» і для їх відновлення, а також для відведення «сміття» застосовується стандартна процедура скидання тиску, нагріву і подальшого охолодження.

<"