Projekt Energie

Zgazowanie biomasy w złożu stałym, część 2

gazogenerator współprądowy, Kaltschmitt, M., Hartmann, H., Hofbauer, H.: Energie aus Biomasse - Grundlagen, Techniken und Verfahren.

Ze względu na niską temperaturę wylotową gazu, gazyfikatory przeciwprądowe charakteryzują się wysokim stopniem sprawności. Ponadto niska temperatura gazu produktu powoduje niski udział metali alkalicznych. Załadunek pyłu i koksu w gazie produktowym jest również znacznie niższy w porównaniu z gazogeneratorem prądu stałego lub gazogeneratorem ze złożem fluidalnym. Wymagania dotyczące paliwa pod względem zawartości wody nie są tak wysokie w przypadku przeciwprądowych generatorów gazu, ponieważ górna strefa suszenia oznacza, że ​​para wodna nie przepływa przez inne strefy reakcji. W związku z tym generatory przeciwprądowe mogą wykorzystywać biomasę o zawartości wody do 60%. Wadą przeciwprądowego procesu zgazowania jest jednak to, że lotne składniki powstające podczas rozkładu pirolitycznego nie przechodzą przez gorącą strefę redukcji. W związku z tym do produktu gazowego w tej strefie dodaje się w nieznacznych ilościach dalsze niepożądane, składniki kondensujące, takie jak związki smoły. Dlatego w dalszym wykorzystaniu gazu m.in. w elektrociepłowniach energochłonne oczyszczanie gazu w celu usunięcia związków smoły jest absolutnie konieczne. /1/

Zgazowanie biomasy w złożu stałym, część 1

Ogólnie

Rodzaje gazyfikatorów ze złożem stałym, Kaltschmitt, M., Hartmann, H., Hofbauer, H.: Energie aus Biomasse - Grundlagen, Techniken und Verfahren

W przypadku paliw z biomasy stałej spalanie jest najczęściej stosowaną metodą odzysku. Jednak oprócz spalania bardzo skuteczne jest również zgazowanie biomasy w atmosferze gazowej w celu wytworzenia użytecznej energii (elektrycznej i cieplnej). Proces zgazowania jest konwersją termochemiczną, w której jako etap pośredni wytwarzany jest wtórny nośnik energii. Gaz wytworzony w etapie pośrednim jest również określany jako gaz produktowy lub gaz ubogi (gaz o niskiej wartości opałowej). W starszej literaturze mówi się również o gazie drzewnym lub gazie generatorowym. Główne składniki produktu gazowego zależą przede wszystkim od czynnika zgazowującego. W szczególności do procesu można dodać dwutlenek węgla, wodę i tlen jako czynniki zgazowujące. Produktem zgazowania biomasy jest metan, wodór, tlenek węgla, dwutlenek węgla, para wodna, koks i smoła. /1/

Spalanie biomasy (spalanie w złożu stałym)

Ogólnie

Palenisko z ruchomym rusztem, /1/ Kaltschmitt, M.: Energie aus Biomasse - Grundlagen, Techniken und Verfahren, 2. Auflage Berlin.

Spalanie w złożu stałym do spalania biomasy w systemach z automatycznym doładowaniem można podzielić na trzy kategorie. Jak widać na rysunku 1, te warianty spalania są podzielone na kategorie w oparciu o dopływ paliwa. Rozróżnia się palenisko z dosuwem, palenisko z dosuwem bocznym i palenisko z wyładowaniem. Te poszczególne rodzaje paleniska w złożu stałym są przeznaczone dla niektórych paliw, takich jak. np. pelet lub zrębki drzewne, odpowiednie w różnych specyfikacjach. Ponadto poszczególne kategorie są ograniczone pod względem dostępnej przepustowości. Oznacza to, że palenisko wyładowania i palenisko z dosuwem są bardziej odpowiednie dla małych zastosowań, takich jak: np. odpowiedni jest sektor mieszkaniowy lub mały przemysł. Spalanie na złożu stałym z wkładem bocznym jest lepsze do dostarczania ciepła do większych powierzchni, takich jak np. lokalna lub miejska sieć ciepłownicza, odpowiednia.

Power-to-gas: biologiczna metanizacja

Ogólnie

Reaktor monokulturowy do biologicznej metanizacji, M. Sterner, I. Stadler; Energiespeicher: Bedarf, Technologien, Integration; 2 Auflage; Springer-Verlag, Berlin, 2017.

Power-to-Gas (PtG) odnosi się do procesu produkcji wodoru lub metanu przy użyciu energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii. Jest to proces chemiczny, który jest podobny do naturalnej fotosyntezy i stanowi alternatywę dla magazynowania energii. Podczas fotosyntezy rośliny przekształcają dwutlenek węgla i wodę w cukry lub węglowodany za pomocą energii słonecznej i w dwuetapowym procesie, podczas gdy tlen jest przekształcany i uwalniany jest do atmosfery. Rozszczepianie wody (pierwszy etap fotosyntezy) odbywa się technicznie w procesie PtG poprzez elektrolizę. Jednak w drugim etapie za pomocą CO2 zamiast węglowodanów generowany jest metan. Wodór wytworzony w pierwszym etapie lub gaz wytworzony przez metanizację można tymczasowo magazynować lub wykorzystywać bezpośrednio.

 

Metan kontra wodór

Aby wodór mógł być szeroko stosowany jako nośnik energii, niezbędna jest odpowiednia infrastruktura, aby można go było bezpośrednio zintegrować i wykorzystać. Obecnie jednak etap ten jest tak nieekonomiczny, że metanizacja wodoru jest bardziej wykonalną alternatywą pomimo dodatkowych kosztów, strat dodatkowej konwersji i zmniejszenia wydajności całego procesu. Metan o mocy 9,97kWh/m3 dzięki wyższej objętościowej gęstości energii jest lepszym nośnikiem magazynowym niż wodór (3,0kWh/m3) pod względem wielkości magazynu. Większą zaletą metanu jest jednak jego kompatybilność z istniejącą infrastrukturą gazu ziemnego do przechowywania i transportu. Jedyną wadą w porównaniu z wodorem jest to, że metan jako nośnik energii ma grawimetryczną gęstość energii, która jest trzykrotnie niższa (13,9 kWh/kg w porównaniu do 33,3 kWh/kg – a zatem cięższe magazynowanie przy tej samej ilości energii). /1/

Akademia Letnia Magazynowania Energii i Efektywności Energetycznej z udziałem studentów BTU C-S i UZ

W dniach 23-26.sierpnia 2021 roku w ramach projektu pn. „Współpraca partnerów naukowych w zakresie kształcenia i wymiany wiedzy w dziedzinie technologii magazynowania energii
i efektywności energetycznej w regionie SNB”
, odbyła się niemiecko-polska Akademia Letnia Magazynowania Energii i Efektywności Energetycznej, w której wzięli udział studenci BTU Cottbus-Senftenberg oraz studenci Wydziału Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska UZ.

Z uwagi na ograniczenia spowodowane pandemią koronawirusa zajęć dla studentów obu uczelni nie można było zorganizować w jednym miejscu, dlatego odbywały się one po obu stronach granicy. Studenci w tym samym czasie realizowali ten sam program, a w razie potrzeby dyskusji mieli możliwość kontaktu on-line.

Akademia została przewidziana dla 12 studentów (6 studentów UZ i 6 studentów BTU C-S). Skorzystało z niej jednak 14 osób.

Pracownicy naukowo-dydaktyczni CEBry e.V., BTU C-S i UZ przygotowali wspólnie bardzo bogatą i ciekawą ofertę kształcenia w zakresie magazynowania energii i efektywności energetycznej, zorientowaną przede wszystkim na praktykę. W ramach 4-dniowego szkolenia studenci oprócz wykładów mogli samodzielnie przeprowadzać eksperymenty tematyczne. W czasie dwóch pierwszych dni zrealizowano zagadnienia przygotowane przez stronę niemiecką, dotyczące magazynowania energii elektrycznej oraz odnawialnych źródeł energii, a podczas dwóch kolejnych - przygotowane przez polską stronę, dotyczące zagadnień magazynowania energii cieplnej i efektywności energetycznej.

W programie Akademii znalazły się następujące tematy:

  1. Odnawialne źródła energii i przegląd różnych technologii magazynowania energii.
  2. Prezentacja systemów chemicznego i elektrochemicznego magazynowania energii.
  3. Przeprowadzenie własnych eksperymentów w zakresie: energii wiatrowej, słonecznej, energii cieplnej, fotowoltaiki i magazynowania energii wraz z oceną osiągniętych wyników.
  4. Procesy magazynowania i uwalniania ciepła z wykorzystaniem materiałów zmiennofazowych (PCM).
  5. Prezentacja zagadnienia krzepnięcia materiałów PCM w różnych układach geometrycznych oraz przeprowadzenie eksperymentu wraz z dyskusją i omówieniem wyników.
  6. Komin słoneczny - sztuczne warunki pracy.
  7. Efektywność energetyczna. Badanie termowizyjne i szczelności powietrznej obudowy termicznej budynku. Przeprowadzenie eksperymentów wraz z dyskusją i omówieniem wyników. 
  8. Wykorzystanie promieniowania słonecznego do magazynowania ciepła w materiałach PCM.
    Przeprowadzenie eksperymentu w tym zakresie wraz z dyskusją i oceną osiągniętych wyników.

Ze strony CEBry e.V, UZ i BTU Akademię Letnią przeprowadzili m.in. prof. dr inż. Hans-Joachim Krautz, dr inż. Anna Staszczuk, prof. dr hab. inż. Zygmunt Lipnicki i dr Iwona Napierała. Sprawne przeprowadzenie eksperymentów nie byłoby możliwe bez pomocy inż. Steffena Swata i inż. Piotra Grabasa, którzy przygotowali stanowiska dydaktyczne do pracy, a także wspomagali studentów w wykonywaniu przygotowanych zadań.

Na zakończenie Akademii studenci otrzymali certyfikaty potwierdzające uzyskaną wiedzę oraz upominki.

Podczas wszystkich zajęć studenci wykazywali duże zainteresowanie prezentowaną tematyką
i zaangażowanie w realizację eksperymentów. Podkreślali, że Akademia dostarczyła im ogrom wiedzy w bardzo aktualnych i ważnych zagadnieniach.  Dla nas - organizatorów całego przedsięwzięcia, a także naukowców i dydaktyków - jest to najlepsza nagroda za cały trud włożony w jego przygotowanie.

Podobne kilkudniowe szkolenia będą odbywały się cyklicznie w ramach kolejnego projektu pn. „Nowoczesne metody magazynowania energii w regionie Szprewa-Nysa-Bóbr”. Już dziś zapraszamywszystkich chętnych studentów do wzięcia udziału w tych transgranicznych spotkaniach edukacyjnych!

Downloads

  • pngVideo 1 (75,48 MB)

Systemy fotowoltaiczne, część 2

Cienkowarstwowe ogniwa słoneczne

Ogniwo słoneczne c-Si, Wagemann H. G.; Eschrich H.; Photovoltaik: Solarstrahlung und Halbleitereigenschaften, Solarkonzepte und Aufgaben, Wiesbaden 2010. (zdjęcie: 1/2)

Si jest również używany jako krzem amorficzny (a-Si) do produkcji ogniw słonecznych. Dzięki wydajnej absorpcji światła można przetwarzać bardzo cieńkie warstwy w porównaniu z krystalicznym krzemem (kilka mikrometrów), który montuje się na podłożu takim jak szkło. A-Si jest używany głównie razem z innymi materiałami do produkcji tandemowych ogniw słonecznych. Są to ogniwa z wieloma cienkimi warstwami wykonanymi z różnych materiałów lub z obszarów o różnych fazach, np. B. warstwy amorficzne pomiędzy warstwami mikrokrystalicznymi. Wydajność konwersji dostępnych na rynku modułów z tandemowymi ogniwami słonecznymi wykonanymi z a-Si jest o 5% do 12% niższa niż w przypadku krystalicznego Si. / 3 /, / 5 /, / 6/ Opracowane moduły mogą osiągać moce do 1,6kW. / 4 /

Systemy fotowoltaiczne, część 1

Ogólnie

Ogniwo słoneczne Poly-Si, Wagemann H. G.; Eschrich H.; Photovoltaik: Solarstrahlung und Halbleitereigenschaften, Solarkonzepte und Aufgaben; Wiesbaden 2010. (zdjęcie: 1/2)

Termin fotowoltaika odnosi się do konwersji energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną za pomocą ogniw słonecznych. W tym procesie promienie słoneczne zamieniają się w energię elektryczną bez żadnego etapu pośredniego. Dalsze zalety to uniwersalność zastosowania, niskie koszty eksploatacji i długa żywotność. Jest to jednak równoważone z wysokimi kosztami pozyskania i niską gęstością energii promieniowania słonecznego. Główny obszar zastosowań ogniw słonecznych przesunął się w ciągu ostatnich dwudziestu lat z obszaru małych urządzeń i systemów wyspowych do systemów fotowoltaicznych podłączonych do sieci. Obecnie najnowocześniejsze są systemy o mocy nominalnej kilku MW. Rozwój ten opiera się na znaczących postępach technologicznych w produkcji ogniw i modułów, a także na programach wprowadzania na rynek, które rozpoczęto w wielu krajach. / 1 /, / 2 /

Głęboka geotermalna energia hydrotermalna, część 2

Systemy elektrowni geotermalnych

Zasada działania dwuskładnikowej elektrowni (geotermalna energia hydrotermalna o niskiej entalpii), Stober I., Bucher K.; Geothermie; 2 Auflage; Springer-Verlag GmbH Berlin Heidelberg 2014; ISBN 978-3-642-41762-7

W przypadku złóż o niskiej entalpii (a także w systemach petrotermalnej energii geotermalnej), ze względu na niską temperaturę medium, energię elektryczną można wytwarzać wyłącznie w procesie elektrowni binarnej. Tutaj energia cieplna z ziemi jest przenoszona w drugim oddzielnym obwodzie zamkniętym za pomocą wymiennika ciepła (patrz rysunek 3). W tym wtórnym procesie ciepło jest przekształcane w energię elektryczną za pomocą organicznego cyklu Rankine'a (ORC) lub maszyny Kaliny. Różnica w stosunku do konwencjonalnych procesów parowych polega na tym, że dzięki zastosowaniu odpowiedniego czynnika roboczego zamiast wody w procesie wtórnym, odparowanie jest możliwe nawet przy niskich temperaturach i ciśnieniu roboczym. W ORC np. stosuje się niepodstawione lub częściowo fluorowane węglowodory, siloksany, alkohole lub etery, a w KC stosuje się amoniak / wodę. Typowy zakres mocy elektrowni binarnych to 5MW. / 2 /

Głęboka geotermalna energia hydrotermalna, część 1

Ogólnie

Zasada działania hydrotermalnej energii geotermalnej, Agentur für Erneuerbare Energien e.V.; Energiewendeatlas Deutschland 2030; Berlin 2016

Energia wewnętrzna ziemi, która jest magazynowana w postaci ciepła, jest określana jako energia geotermalna, energia geotermalna lub energia geotermalna. Oprócz energii fal, pływów i energii słonecznej, energia geotermalna jest pierwotnym, odnawialnym źródłem energii. Ze względu na budowę Ziemi większa część naszej planety ma temperaturę wyższą niż 1.000 ° C. Temperatura w wewnętrznym stałym rdzeniu wynosi ponad 5.000 ° C (głębokość do ponad 6.000 km), aw zewnętrznym płynnym rdzeniu ponad 2.900 ° C (głębokość 2.900-5.000 km). W dolnym płaszczu temperatura wynosi 1.400-3.000 ° C (głębokość 1.000-2.900 km) i tylko w górnym płaszczu spada od punktu poniżej 1.000 ° C (głębokość 40-1.000 km). Ten gradient temperatury względem głębokości powoduje ciągły przepływ ciepła w kierunku powierzchni ziemi o średniej mocy 0,065 W / m2. Energia geotermalna to wykorzystanie ciepła na obszarze skorupy ziemskiej (0-40 km). Tam temperatura wzrasta o ok. 3 K na 100 m głębokości. Ponieważ średnia temperatura powierzchni ziemi wynosi około 14 ° C, istnieją różne możliwości wytwarzania ciepła i wykorzystania energii geotermalnej, w zależności od głębokości. / 1 /

Zaproszenie - 2. Workshop: Produkcja zielonego wodoru

Techniki rekonwersji wodoru

17. maja 2021r. odbędzie się drugi workshop online na temat „Zielonego wodoru”. Podczas pierwszego workshopu przedstawiciel władz Landu Brandenburgia na Łużycach przedstawił przegląd możliwości i wymagań zmian strukturalnych na Łużycach, przy czym w centrum uwagi znalazły się technologie elektrolizy.

W międzyczasie wiele gmin, instytucji i przedsiębiorstw na Łużycach pracuje nad konkretnymi projektami wodorowymi, czy to w zakresie mobilności, zastosowań materiałowych czy dostaw energii elektrycznej i ciepła. Planowany drugi workshop obejmuje kompleksowe omówienie tematu rekonwersji wodoru. W ten sposób sieć wodorowa Lausitz chciałaby udzielić zarówno członkom sieci, jak i wszystkim innym istotnym podmiotom dalszego konkretnego wsparcia.

Miejsce wydarzenia:
Bezpłatny workshop online przy użyciu aplikacji Zoom.
Po zarejestrowaniu się prześlemy Państwu e-mailem przed workshopem LINK do spotkania.
 
Rejestracja:
Osoby zainteresowane prosimy o rejestrację pod poniższym linkiem: https://eveeno.com/259944282
Udział w wydarzeniu jest bezpłatny.

Serdecznie zapraszamy.

Geotermia petrotermalna, część 2

Udoskonalone systemy geotermalne (EGS)

Potencjał formacji geologicznych w Niemczech, Agentur für Erneuerbare Energien e.V.; Energiewendeatlas Deutschland 2030; Berlin 2016

Oprócz głębokich sond geotermalnych istnieje możliwość wykorzystania energii geotermalnej petrotermalnej za pomocą ulepszonych systemów geotermalnych. Oprócz terminu EGS, terminy Stymulowany system geotermalny (SGS), a także gorąca sucha skała (HDR), gorąca-mokra skała (HWR), gorąca-spękana skała (HFR) i głębokie wydobycie ciepła ( DHM)). Ponieważ temperatury osiągane w tym przypadku przekraczają 150 ° C, nacisk kładziony jest na wytwarzanie energii elektrycznej. Aby dotrzeć do skał o takich temperaturach, konieczne są głębokości od 5000 do 7000 m. Warunkiem koniecznym do technicznego wykorzystania EGS jest lokalizacja lub obecność anomalii geotermalnych (szczelin, szczelin i szczelin w podłożu), które mogą służyć jako podziemne źródło ciepła lub wymiennik ciepła. /1/

Te naturalnie istniejące szczeliny - znane również jako układy pęknięć - mają na ogół niską przepuszczalność, którą jednak można zwiększyć. Za pomocą odpowiednich środków stymulacyjnych (wtryskiwanie cieczy pod wysokim ciśnieniem) można wytworzyć większe sztuczne powierzchnie wymiennika ciepła. Po stymulacji medium przenoszące ciepło z powierzchni ziemi (woda oznaczona jako woda obca) jest wtryskiwane przez otwór w układzie szczelinowym w celu wychwycenia energii geotermalnej. Podgrzana woda powraca na powierzchnię przez studnie produkcyjne (w odległości od 200 m do 2000 m od studni zatłaczającej) w celu odprowadzenia wydobytej energii cieplnej (w celu wytworzenia pary), a następnie spływa z powrotem do podłoża poprzez studnię zatłaczającą. Ponieważ ulepszone systemy geotermalne nie mają dostępu do wód gruntowych, ale czynnik roboczy jest sztucznie wprowadzany, są to zamknięte systemy do wytwarzania energii. /3/

Geotermia petrotermalna, część 1

Głęboka energia geotermalna petrotermalna i Głębokie sondy geotermalne

Odzysk ciepła z petrotermalnej głębokiej energii geotermalnej za pomocą głębokich sond geotermalnych; Stober I., Bucher K.; Geothermie; 2 Auflage; Springer-Verlag GmbH Berlin Heidelberg 2014

Ogólnie

Energia wewnętrzna ziemi, która jest magazynowana w postaci ciepła, jest określana jako energia geotermalna, energia geotermiczna lub geotermia. Oprócz energii fal, pływów i energii słonecznej, energia geotermalna jest pierwotnym źródłem energii odnawialnej. W związku z budową Ziemi większa część naszej planety ma temperaturę wyższą niż 1000 ° C. Temperatura w wewnętrznym stałym rdzeniu wynosi ponad 5000 ° C (głębokość do ponad 6000 km), a w zewnętrznym płynnym rdzeniu ponad 2900 ° C (głębokość 2900-5000 km). W dolnym płaszczu temperatura wynosi 1400-3000 ° C (głębokość 1000-2900 km) i tylko w górnym płaszczu spada od punktu poniżej 1000 ° C (głębokość 40-1000 km). Ten gradient temperatury względem głębokości powoduje ciągły przepływ ciepła w kierunku powierzchni ziemi o średniej mocy 0,065 W/m2. Energia geotermalna to wykorzystanie ciepła w obszarze skorupy ziemskiej (0-40 km). Tam temperatura wzrasta o ok. 3 K na 100 m głębokości. Ponieważ średnia temperatura powierzchni ziemi wynosi ok. 14 ° C, istnieją różne możliwości wytwarzania ciepła i wykorzystania energii geotermalnej, w zależności od głębokości. /1/

W zależności od głębokości wiercenia można rozróżnić energię geotermalną przypowierzchniową i głęboką. Pierwsza kategoria to głębokości do 400 mi temperatury gruntu do 20 ° C. Ciepło jest pozyskiwane za pomocą sond gruntowych lub kolektorów gruntowych, studni wód gruntowych lub pomp ciepła i jest wykorzystywane wyłącznie do celów ogrzewania lub chłodzenia (patrz profil dotyczący pomp ciepła). Z drugiej strony w przypadku głębokiej energii geotermalnej konieczne są głębsze odwierty, aby wykorzystać temperatury w zakresie od 50 ° C (głębokość >1000 m) do ponad 200 ° C (głębokość >6000 m). W ten sposób energia geotermalna może być nawet wykorzystywana do wytwarzania energii elektrycznej poprzez zastosowanie termodynamicznego procesu wytwarzania ciepła. /1/

Zaproszenie - Workshop: Produkcja zielonego wodoru

12. kwietnia 2021r. odbędzie się pierwszy workshop online na temat „Produkcji zielonego wodoru, Produkcji wodoru za pomocą elektrolizy”.

Brandenburska i saksońska część Łużyc należą do „regionów energetycznych” w Niemczech, które są najbardziej dotknięte zmianami strukturalnymi wynikającymi z wycofywania wykorzystania węgla. W związku z tym została uchwalona federalna ustawa o wzmocnieniu strukturalnym, która otwiera nowe możliwości dla dotkniętych regionów i której celem jest skuteczne towarzyszenie tej zmianie.

Wodór, produkowany z odnawialnych źródeł energii, będzie miał w przyszłości szczególnie wysoki priorytet w procesie przekształcania energetyki. W ramach Narodowej Strategii Wodoru dla Niemiec rząd federalny stworzył ramy dla przyszłego wytwarzania, transportu, wykorzystania wodoru, a tym samym dla odpowiednich innowacji i inwestycji. Dzięki nowej strategii rząd federalny chce nie tylko przyczynić się do osiągnięcia celów klimatycznych i dalszego rozwoju międzynarodowej współpracy w zakresie polityki energetycznej, ale także tworzyć nowe łańcuchy wartości. W związku z tym wodór ma również potencjał, aby stać się jednym z najważniejszych liderów zmian strukturalnych na Łużycach. Obecnie pojawiło się wiele nowych pomysłów dla Łużyc. Gminy i przedsiębiorstwa pracują nad określonymi projektami związanymi z tematyką wodoru w zakresie mobilności, zastosowań materiałowych i zaopatrzenia w ciepło. Waserstoffnetzwerk Lausitz „Durchatmen” chciałby udzielić poprzez planowany workshop, którego tematem przewodnim jest wodor, konkretnego wsparcia podmiotom/instytucjom z regionu Łużyc.

Miejsce wydarzenia:
Bezpłatny workshop online przy użyciu aplikacji Zoom.
Po zarejestrowaniu się prześlemy Państwu e-mailem przed workshopem LINK do spotkania.
 
Rejestracja:
Osoby zainteresowane prosimy o rejestrację pod poniższym linkiem: https://eveeno.com/600795212
Udział w wydarzeniu jest bezpłatny.

Serdecznie zapraszamy.

Elektrownie słoneczne, część 2: elektrownie wieżowe, paraboloidalne (Dish-Stirling) i updraft

Elektrownie Updraft: instalacja testowa w Hiszpanii; http://www.fvee.de/fileadmin/publikationen/Themenhefte/th2002/th2002_05_03.pdf

Słoneczna elektrownia wieżowa

Elektrownie słoneczne oparte na zasadzie wieży składają się z setek do kilku tysięcy reflektorów, zwanych heliostatami. Heliostaty są ustawione w taki sposób, że padające bezpośrednie promieniowanie słoneczne skupia się na wierzchołku wieży zbudowanej w polu heliostatu (patrz Rysunek 3). Wieża solarna jest zbudowana ze zbrojonego betonu lub jako konstrukcja z siatki stalowej, a jej wysokość wynosi 60-100 m dla systemów testowych i do 160 m dla elektrowni w sektorze komercyjnym. Ponieważ jest to koncepcja koncentracji punktowej, wymagany jest wysoki poziom precyzji, aby skoncentrować odbite promieniowanie ze wszystkich heliostatów na tym samym obszarze. W tym celu wszystkie lustra są wyposażone w dwuosiowy system śledzenia, który jest sterowany komputerowo. Absorber zamontowany na wieży zapewnia ogrzewanie nośnika ciepła (pary wodnej, powietrza lub ciekłej soli). W przypadku stosowania powietrza lub stopionej soli ciepło jest przenoszone do czynnika roboczego cyklu parowego poprzez wymiennik ciepła lub parownik.

Elektrownie słoneczne, część 1: rynnowe paraboliczne i Fresnela

Przykład parabolicznej rynnowej elektrowni słonecznej, Reppich, M; Reich, G; Regenerative Energietechnik: Überblick über ausgewählte Technologien zur nachhaltigen Energieversorgung

Ogólnie

Proces solarno-termiczny obejmuje wszystkie aspekty termicznego wykorzystania promieniowania słonecznego. Zakres zastosowań rozciąga się od prostej maty absorbera wykonanej z tworzywa sztucznego do dostarczania ciepła do basenu, podgrzewania wody pitnej lub wspomagania ogrzewania, po duże elektrownie słoneczne o mocy rzędu megawatów. Dla każdego z tych zastosowań wymagany jest inny poziom temperatury. Szczególnie systemy słoneczne do podgrzewania wody pitnej stały się bardzo rozpowszechnione w ostatnich kilku dekadach i stanowią obecnie część standardu technicznego przedsiębiorstw grzewczych i hydraulicznych. Udział w rynku systemów wspomagających ogrzewanie słoneczne wynosi obecnie 30 - 40%. W samych Niemczech w ciągu ostatnich kilku lat co roku instalowano średnio około 1,5 mln m2 nowych powierzchni kolektora. Po latach stagnacji budowa słonecznych elektrowni cieplnych do wytwarzania energii elektrycznej również zyskuje na znaczeniu ze względu na politykę badawczą krajów europejskich i staje się coraz bardziej interesująca ekonomicznie ze względu na rosnące ceny paliw kopalnych i energii elektrycznej.

Akumulator wysokotemperaturowy i Redox-Flow

Akumulator Redox Flow (akumulator przepływowy), http://newenergyandfuel.com/

Akumulator wysokotemperaturowy

Działalność badawcza dotycząca baterii o zerowej emisji
Zero Emissions Battery Research Activity ZEBRA

  • Elektrody ciekłe, elektrolit stały (T >  270 ° C)
  • Elektroda dodatnia: chlorek niklu
  • Elektroda ujemna: sód
  • Akumulator sodowo-siarkowy

Specyfikacja techniczna

  • Rozmiar systemu: skalowalny
  • Gęstość mocy: 150 W / kg
  • Gęstość energii: 100-120 Wh / kg (teoretyczny: 780 Wh / kg) lub 400-480 Wh / l
  • Długość życia:> 10 - 15 lat (> 10,000 cykli)
  • Samorozładowanie: nie (przy T = const.)
  • Inwestycja: 300 - € 500 / kWh
  • Wydajność: 70 - 80%
  • Zakres temperatury: 300 - 400 ° C
  • Napięcie nominalne: 2.6V

 

Magazynowanie elektrochemiczne: Akumulator na bazie niklu i litowo-jonowy

Przykładowa elektrownia akumulatorowa, Schwerin, źródło: n-tv

Akumulator na bazie niklu

Podstawowe reakcje podczas ładowania i rozładowywania

  • Elektrolit: wodorotlenek potasu
  • Reakcja rozładowania na anodzie z wodorku metalu (MH) (0,83 V)
  • Reakcja rozładowania w reakcji wyładowania anody w postaci wodorków metali (MH) (0,83 V)
  • Reakcja rozładowania na katodzie-NiOOH (+0,49 V)
  • Całkowite napięcie obwodu otwartego: 1,23 V.

Specyfikacja techniczna

  • Rozmiar systemu: skalowalny
  • Gęstość mocy: 200 - 700 W / kg
  • Gęstość energii: 25 - 80 Wh / kg and 50-170 Wh / l
  • Długość życia: 10 lat (2,000 cykli)
  • Samorozładowanie: ~ 15-20% / miesiąc
  • Inwestycja: 400 - € 650 / kWh
  • Wydajność: 80 – 90%
  • Zakres temperatury: - 40 - 50 ° C
  • Napięcie nominalne: ~ 1.2V

Magazynowanie elektrochemiczne: Akumulator kwasowo-ołowiowy

Podstawowe reakcje podczas ładowania i rozładowania, http://www.chemie-am-auto.de/img/content/energiespeicher/Folie_Energiespeicher.jpg

Akumulatory kwasowo-ołowiowe

  • Najstarszy typ akumulatora (1859)
  • Niski stosunek energii do masy, energii do objętości, ale zdolność do dostarczania dużych prądów udarowych (krótki impuls dużej mocy)
  • Niska cena
Komponenty:
 
Płytki wewnętrzne dodatnie i ujemne wykonane z ołowiu
Separatory płytowe wykonane z porowatego tworzywa sztucznego
Elektrolit, rozcieńczony roztwór kwasu siarkowego i wody (kwas akumulatorowy)
 
Podstawowe reakcje podczas ładowania i rozładowywania
  • Typowa elektroliza: rozcieńczony kwas siarkowy (stosunek woda:kwas 3:1)
  • Płyta dodatnia PbO2 (tlenek ołowiu)
  • Płyta ujemna Pb

Magazynowanie elektrochemiczne Akumulatory

Podstawowa struktura, źródło: http://www.iflscience.com/ (zdjęcie: 1/2)

Akumulator

  • Akumulatory - urządzenia do magazynowania energii elektrycznej w postaci energii chemicznej
  • Różne typy z różnymi materiałami
  • Napięcie ogniwa akumulatora zależy od materiałów
  • Pojemność i prąd zależą od rozmiaru
  • W przypadku wyższych napięć wymagane są obwody szeregowe (np. klasyczny akumulator samochodowy z ogniwami wtórnymi 6 x 2 V = 12 V)

Jak działa bateria?

  • Ogniwo galwaniczne - ogniwo elektrochemiczne, które wytwarza energię elektryczną w wyniku ruchów elektronów z jednego elementu do drugiego
  • Zmiany w stopniach utlenienia (wskaźnik utraty elektronów w związku chemicznym)
  • Utlenianie (traci elektrony) i Redukcja (zyskuje elektrony)
  • Jon lub cząsteczka, która przyjmuje elektrony, nazywana jest środkiem utleniającym (przyjmując elektrony powoduje utlenianie drugiego)
  • To, co przekazuje elektrony, nazywa się środkiem redukującym

Magazynowanie elektryczne i elektrochemiczne Wprowadzenie

Magazyn zoptymalizowany pod kątem sieci, źródło: IRENA (2015) Battery Storage Report

Elektryczne systemy magazynowania

  • Akumulatory (baterie) à technologia magazynuje energię chemicznie
  • Autonomiczne dostawy
  • Aplikacje przenośne: komputer, telefon komórkowy, zegarek, aparat (ulubiony akumulator litowo-jonowy do przenośnych urządzeń elektronicznych)
  • Aplikacje mobilne: wózki widłowe, statki kosmiczne, samochody, ...
  • Sektor energetyczny
  • Baterie mogą znajdować się w punkcie zapotrzebowania lub na poziomie sieci

Aplikacje:

  • Gospodarstwa domowe (z PV)
  • Szybko reagujące zasoby (zmienne bilansowanie energii odnawialnej)
  • Elektryfikacja poza siecią / terenami wiejskimi / wyspami

Wodór_Przegląd Nr. 6/20

www.dwv-info.de/wasserstoff-spiegel

Ogólne

f-cell zakończona pomyślnie
Przez dwa dni przedstawiciele branży wodorowej i ogniw paliwowych z całego świata spotykali się na specjalistycznej imprezie pod koniec września. Niektórzy mogli być obecni w House of Economy w Stuttgarcie, inni łączyli się cyfrowo na całym świecie.

Uczestnicy mogli śledzić f-cell na miejscu w Stuttgarcie w House of Economy albo przed komputerem. Ponad 650 uczestników zarejestrowało się na f-cell podczas dwóch dni imprezy 29 i 30 września. (Komunikat prasowy agencji Petera Saubera z 1 października 2020r.)

 

Światowa konferencja z domu
Międzynarodowa konferencja na temat wodoru z udziałem ponad 11 000 uczestników, a następnie połączona z wystawą z udziałem 77 wystawców, byłaby sama w sobie niezwykłym wydarzeniem. Według naszych informacji fakt, że to wszystko wydarzyło się w sieci, był światową premierą. Konferencja Hydrogen Online Conference, która odbyła się 8 i 9 października, była jak dotąd największym projektem Mission Hydrogen, który powstał 1 marca br. Program trwał od 6:00 8 października (czasu niemieckiego) 24 godziny na dobę do 6:00 rano 9 października. Wykłady wygłosiło 30 prelegentów, a także liczne osobistości z przemysłu, polityki i nauki.

Więcej informacji znajdą Państwo pod linkiem: www.dwv-info.de/wasserstoff-spiegel

Magazyny elektrochemicznec część 2, baterie niklowe

Schemat akumulatora niklowo-kadmowego, www.baterie.eko.org.pl

Baterie niklowo-żelazowe:

  • Wynalezione przez Jungera i Edisona na początku XX. wieku.
  • Elektroda dodatnia – wodorotlenek niklu, elektroda ujemna – żelazo.
  • Elektrolit – roztwór wodorotlenku potasu.
  • Reakcja - 2NiOOH.H₂O + Fe ↔ 2Ni(OH)₂ + Fe(OH)₂
  • Masa czynna wykonana jest w postaci stalowych ramek utrzymującej kieszonki z dziurkowanej blachy.
  • Bardzo odporna bateria na przeładowania i zwarcia.
  • Bardzo duża żywotność baterii (cykliczna i kalendarzowa).
  • W przeciwieństwie do akumulatorów ołowiowych baterie te mają niższe napięcie znamionowe 1,3V.
  • Batteria ta może być stosowana w bardzo niskich temperaturach ze względu na stabilną koncentrację elektrolitu.
  • Bateria ta miała posiadać lepsze właściwości (wyższą gęstość energii i żywotność) w porównaniu do wcześniejszych baterii ołowiowych.

Magazyny elektrochemicznec część 1, akumulator kwasowo-ołowiowy

Schemat akumulatora kwasowo-ołowiowego, www.chemgapedia.de (zdjęcie: 1/3)
  • Akumulator ten został wynaleziony we Francji w roku1859 (Gaston Plante).
  • Seryjna produkcja na skalę przemysłową rozpoczęła się pod koniec 19. wieku (Henri Tudor 1887).
  • Akumulator ten można wielokrotnie ładować.
  • Pierwszy akumulator, który w praktyce służył jako magazyn energii.
  • Akumulator kwasowo-ołowiowy cechuje się niską gęstością enegii zarówno w jednostce masy jak i objętości. Potrafi jednakże dostarczać bardzo duże wartości natężenia prądu elektrycznego, co oznacza, iż akumulator ten ma znaczną wartość gęstości mocy.
  • Właściwości te wraz z niskim kosztem zakupu powodują, że akumulatory kwasowo-ołowiowe są atrakcyjne przede wszystkim w branży samochodowej jako akumulator rozruchowy silników.

Perspektywy badań i rozwoju technologii magazynowania

Ważne kryteria rozwoju magazynów według DLR

Istnieje duże zapotrzebowanie i potencjał w rozwoju technologii magazynowania. Poziomy dojrzałości poszczególnych ścieżek technologicznych są bardzo różne. Dobrze opracowana technologia jest dostępna na przykład w elektrowniach szczytowo-pompowych, akumulatorach kwasowo-ołowiowych, magazynach ciepła i metanu.
Poniżej przedstawiono mocne i słabe strony poszczególnych technologii (ograniczone do obszaru przechowywania termicznego i mechanicznego).

 

Wymagania dotyczące nowoczesnych magazynów energii

Wymagania dotyczące magazynowania energii w przyszłości zostały podsumowane przez DLR, ośrodek badawczy Republiki Federalnej Niemiec ds. Przemysłu lotniczego, jak pokazano poniżej. W przeglądzie wartym uwagi jest wymóg wysokiej gęstości energii w opracowywanych systemach magazynowania.

 

Przegląd systemów magazynowania i ich klasyfikacja ze względu na usługi w systemie energetycznym, część 3

1. Technologie magazynowania energii

Porównanie różnych objętościowych gęstości energii

Przegląd i porównanie

Technologie magazynowania energii charakteryzują się dużą różnorodnością. Jako kryterium porównawcze można zastosować bardzo różne kryteria (właściwości techniczne, funkcja, zastosowanie, czas użytkowania, miejsce użytkowania itp.)

Decydującymi parametrami dla praktycznego zastosowania i ekonomiczności są:
• koszty inwestycyjne,
• wydajność,
• gęstości energii,
• liczba cykli.

Przegląd systemów magazynowania i ich klasyfikacja ze względu na usługi w systemie energetycznym, część 2

Widok od wewnątrz magazynu baterii, Feldheim

Rozróżnia się następujące możliwości magazynowania energii:


Klasyfikacja:

  1.  Energia elektryczna, elektrostatyczna lub elektromagnetyczna
  2.  Energia chemiczna (również energia wiążąca)
  3.  Energia mechaniczna (także energia potencjalna i kinetyczna)
  4.  Energia cieplna (również energia kaloryczna lub ogrzewanie i chłodzenie)

Te cztery formy energii można podzielić na dalsze podgrupy. Magazynowanie energii mechanicznej można dalej podzielić na magazynowanie w formie energii potencjalnej (np. elektrownia szczytowo-pompowa) jak również energii kinetycznej (np. koło zamachowe).

Mechaniczne systemy magazynowania wykorzystują fakt, że gazowe, ciekłe lub stałe medium ma określoną energię ze względu na swoje położenie (energia potencjalna), prędkość (energia kinetyczna) lub stan termodynamiczny (ciśnienie). Są to głównie magazyny wtórne. Obejmują one przykładowo magazynowanie sprężonego powietrza, koła zamachowe i sprężyny.

Przegląd systemów magazynowania i ich klasyfikacja ze względu na usługi w systemie energetycznym, część 1

Stanowisko badawcze baterii, BTU Cottbus-Senftenberg (zdjęcie: 1/2)

1.       Definicja magazynów

Magazyny to urządzenia i systemy służące do składowania i przechowywania towarów. Służą czasowej równowadze podaży/wytwarzania i konsumpcji. Nośnikiem energii jest medium, które jest w stanie zmagazynować energię. Energia lub elektryczność to dobro, które można przechowywać. Magazynowanie energii obejmuje trzy fazy:

1. Przechowywanie/ładowanie;
2. Magazynowanie;
3. Rozładowanie/rozładunek.

Trzy fazy można zintegrować w jednym kroku lub wdrożyć indywidualnie. Zostanie to wyjaśnione na przykładzie przechowywania mechanicznego. W magazynie szczytowo-pompowym system składowania składa się z wanny górnej, przepompowni i wanny dolnej. Pojemność magazynowania (energia potencjalna) zależy od ilości wody i różnicy wysokości między zbiornikiem górnym i dolnym. Przechowywanie energii następuje przy pomocy pompy, która pompuje wodę z basenu dolnego do zbiornika górnego. Zmagazynowana energia jest wtedy dostępna i w razie potrzeby może zostać ponownie przekształcona w energię elektryczną za pomocą turbiny i generatora.

Techniczny opis parametrów baterii

(zdjęcie: 1/2)
  1. Napięcie - elektryczne napięcie pojedynczego ogniwa elektrochemicznego tj. różnica potencjału elektryczenego pomiędzy elektrodami ogniwa. Jednostką napięcia jest Wolt.
  2. Pojemność - ilość ładunków elektrycznych jakie mogą zostać zmagazynowane w baterii. Pojemność baterii jest uzależniona od wielu czynników np. temperatury, natężenia prądu rozładowania itd. Pojemność baterii jest podawana w Ah (ampero/godzinach) lub C (Kulombach). Pojemność baterii może być rozumiana następująco. Jeśli bateria posiada pojemność 100 Ah może przepływać przez nią prąd o natężeniu 1A przez 100 godzin aż do momentu w którym bateria zostanie całkowicie rozładowana. Względnie prąd o natężeniu 100 A, lecz tylko przez 1 godzinę. Tutaj jednakże należy zwrócić uwagę na zależność wartości pojemności baterii od natężenia prądu rozładowania. Im wolniej (mniejszym pobieranym prądem) bateria jest roładowywana tym pojemność będzie większa i odwrotnie. Zależność pojemności od temperatury przedstawia się w ten sposób, że wraz ze wzrostem temperatury jej pojemność rośnie.
  3. Energia - jest wynikiem iloczynu napięcia baterii i jej pojemności. Jednostką jest Ws (Wattosekunda).