आल्टो के शोधकर्ता यह परख रहे हैं कि क्या सस्ती सामग्री तापीय विद्युत भंडारण में सहायक हो सकती है
फिनलैंड के आल्टो विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने प्रयोगात्मक रूप से एक स्टर्लिंग इंजन-आधारित कार्नोट बैटरी प्रोटोटाइप का मूल्यांकन किया है, जो ऊष्मीय ऊर्जा भंडारण के लिए रेत का उपयोग करता है। यह अवधारणा ऊर्जा प्रणालियों की एक कठिन समस्या को लक्ष्य करती है: बिजली को ऐसी रूपों में कैसे संग्रहीत किया जाए जो सस्ते, बड़े पैमाने पर लागू होने योग्य हों, और कई विद्युत-रासायनिक बैटरियों की तुलना में अधिक अवधि तक ऊर्जा दे सकें।
एक कार्नोट बैटरी बिजली को ऊष्मा के रूप में संग्रहीत करती है और बाद में उस ऊष्मा को फिर से बिजली में बदलती है। आल्टो टीम के प्रोटोटाइप में कम लागत वाली रेत तापीय भंडारण माध्यम के रूप में काम करती है, जबकि एक स्टर्लिंग इंजन संग्रहीत ऊष्मा को वापस यांत्रिक गति और फिर बिजली में बदलता है। यह तरीका बिजली-से-ऊष्मा-से-बिजली प्रणालियों की उस व्यापक श्रेणी का हिस्सा है, जिन पर अधिक परिवर्ती नवीकरणीय उत्पादन के साथ ग्रिड के अनुकूल होने के कारण ध्यान बढ़ रहा है।
इसकी मुख्य अपील सीधी है। रेत प्रचुर मात्रा में और सस्ती है, और तापीय भंडारण सैद्धांतिक रूप से उन ही सामग्री आपूर्ति शृंखलाओं पर निर्भर हुए बिना पैमाना बढ़ा सकता है जो लिथियम-आयन बैटरियों को आकार देती हैं। यदि ऐसी प्रणालियों को पर्याप्त दक्षता के साथ अभियांत्रित किया जा सके, तो वे सौर और पवन उत्पादन को समय के साथ संतुलित करने के लिए आवश्यक दीर्घकालिक भंडारण मिश्रण का हिस्सा बन सकती हैं।
प्रोटोटाइप ने काम किया, लेकिन दक्षता अब भी सबसे बड़ी चुनौती है
शोधकर्ताओं ने स्टर्लिंग इंजन-आधारित कार्नोट बैटरी, या SECB, का प्रयोगात्मक और संख्यात्मक मूल्यांकन मिलाकर परीक्षण किया कि प्रोटोटाइप विभिन्न परिस्थितियों में कैसे व्यवहार करता है। उनका परिणाम मिश्रित लेकिन उपयोगी था: अधिक इंजन तापमान ने शक्ति उत्पादन और संचालन अवधि दोनों में सुधार किया, जिससे पता चला कि मूल रूपांतरण मार्ग अपेक्षा के अनुसार काम करता है। साथ ही, राउंड-ट्रिप दक्षता कम बनी रही।
सारांश के अनुसार, इसके मुख्य कारण ऊष्मीय हानियाँ और रेत के बिस्तर के भीतर सीमित ऊष्मा अंतरण थे। ये मामूली अभियांत्रिकी विवरण नहीं हैं। ये इस प्रश्न के केंद्र पर प्रहार करते हैं कि क्या तापीय बैटरियाँ अंततः आर्थिक रूप से प्रतिस्पर्धी बन सकती हैं, विशेष रूप से उन प्रणालियों के रूप में जो केवल सीधे उपयोग के लिए ऊष्मा संग्रहीत करने के बजाय ग्रिड को वापस बिजली देती हैं।
यह अंतर महत्वपूर्ण है क्योंकि तापीय भंडारण को तब उचित ठहराना आसान होता है जब संग्रहीत ऊर्जा का उपयोग ऊष्मा के रूप में किया जाए। जैसे ही किसी प्रणाली को उस ऊर्जा के बड़े हिस्से को फिर से बिजली में बदलना पड़ता है, हानि का हर चरण अधिक महत्वपूर्ण हो जाता है। आल्टो का परिणाम बताता है कि अवधारणा तकनीकी रूप से संभव है, लेकिन एक परिचित बाधा से अब भी सीमित है: ऊष्मा को इतनी कुशलता से स्थानांतरित और संरक्षित करना कि पूरा चक्र आकर्षक बन सके।
कार्नोट बैटरियाँ रुचि क्यों आकर्षित करती रहती हैं
इन सीमाओं के बावजूद, कार्नोट बैटरियाँ एक बढ़ते हुए दिलचस्प स्थान पर हैं। उच्च नवीकरणीय हिस्सेदारी वाली ऊर्जा प्रणालियों को केवल अल्पकालिक संतुलन के लिए तेज़-प्रतिक्रिया बैटरियों की नहीं, बल्कि कई प्रकार के भंडारण की आवश्यकता होती है। उन्हें ऐसी तकनीकों की भी जरूरत है जो अतिरिक्त बिजली को अवशोषित कर सकें, उसे लंबे समय तक कम लागत पर रख सकें, और जब ग्रिड को आवश्यकता हो तब उसे छोड़ सकें।
तापीय भंडारण उस लक्ष्य की ओर एक रास्ता प्रदान करता है, खासकर जब इसे सरल या प्रचुर सामग्री के साथ जोड़ा जाए। रेत को पहले से ही अन्य ऊष्मा-भंडारण डिजाइनों में ध्यान मिला है क्योंकि यह सस्ती, गैर-दहनशील और आसानी से उपलब्ध है। स्टर्लिंग इंजन-आधारित डिजाइन इसमें जो जोड़ता है, वह संग्रहीत तापीय स्रोत से विद्युत आउटपुट तक पूरा चक्र पूरा करने का प्रयास है।
स्टर्लिंग इंजन एक बंद-चक्र ऊष्मा इंजन है, जो तापमान के अंतर से यांत्रिक गति उत्पन्न करने के लिए वायु या किसी अन्य गैस जैसे स्थायी कार्य द्रव का उपयोग करता है। सिद्धांततः, यह संग्रहीत तापीय भंडार से उपयोगी कार्य निकालने के लिए एक स्वाभाविक उम्मीदवार बनाता है। व्यवहार में, प्रणाली को फिर भी इन्सुलेशन, ऊष्मा विनिमय और रूपांतरण हानियों को इतनी अनुशासन से संभालना पड़ता है कि भंडारण माध्यम की कम लागत का लाभ नष्ट न हो।
इस परिणाम का मूल्य यह है कि यह ठोस है
ऊर्जा भंडारण की अवधारणाएँ अक्सर सिमुलेशन या उच्च-स्तरीय डिज़ाइन प्रस्तावों के रूप में प्रसारित होती हैं। आल्टो के कार्य को उल्लेखनीय बनाने वाली बात यह है कि यह निर्मित प्रोटोटाइप और मापे गए परिणामों के माध्यम से चर्चा को आगे बढ़ाता है। कम दक्षता वाला प्रदर्शन भी मूल्यवान हो सकता है, यदि वह स्पष्ट कर दे कि कौन सी हानियाँ प्रमुख हैं और कौन से डिज़ाइन परिवर्तन सबसे महत्वपूर्ण हैं।
यहाँ, स्रोत विकास के अगले चरण को परिभाषित करने वाली दो संभावित क्षेत्रों की ओर संकेत करता है। एक है तापीय हानियों को कम करना, ताकि संग्रहीत ऊष्मा चार्ज-डिस्चार्ज चक्र को उचित ठहराने के लिए पर्याप्त समय तक उपलब्ध रहे। दूसरा है रेत के बिस्तर में ऊष्मा अंतरण में सुधार, ताकि प्रणाली संग्रहीत ऊर्जा तक अधिक प्रभावी ढंग से पहुँच सके। दोनों ही डिज़ाइन और सामग्री की समस्याएँ हैं, लेकिन दोनों आर्थिक पक्ष को भी आकार देती हैं।
यदि उच्च तापमान प्रदर्शन में सुधार करते हैं, तो प्रणाली को ऐसे विन्यासों से लाभ मिल सकता है जो ऊँचे संचालन तापमान को बेहतर सहन और उपयोग कर सकें। लेकिन इन लाभों को टिकाऊपन, प्रणाली जटिलता और लागत के साथ संतुलित करना होगा। तापीय बैटरी केवल तब ग्रिड-स्तर पर आकर्षक बनती है जब आउटपुट बढ़ाने के लिए आवश्यक अभियांत्रिकी के बावजूद उसकी सरलता बनी रहे।
भंडारण परिदृश्य में इसका स्थान
आल्टो का प्रोटोटाइप जल्द ही स्थापित बैटरी प्रणालियों को प्रतिस्थापित करने वाला नहीं है। इसकी कम राउंड-ट्रिप दक्षता यह स्पष्ट करती है। लेकिन इसका अर्थ यह नहीं कि अवधारणा गौण है। भंडारण बाज़ार व्यापक हो रहे हैं, और सभी तकनीकों को एक ही समस्या हल करने की आवश्यकता नहीं होती। कुछ आवृत्ति प्रतिक्रिया के लिए अनुकूलित होंगी, कुछ बहु-घंटे की आर्बिट्राज के लिए, कुछ औद्योगिक ऊष्मा या मौसमी संतुलन के लिए।
उस परिदृश्य में, एक रेत-आधारित कार्नोट बैटरी तब प्रासंगिक हो सकती है यदि वह कम लागत वाले विकल्प में परिपक्व हो जाए, जहाँ सस्ती भंडारण सामग्री और लंबी अवधि, उच्चतम दक्षता से अधिक महत्वपूर्ण हों। यह एक कठिन प्रस्ताव है, लेकिन यदि अभियांत्रिकी सुधार हानियों को पर्याप्त रूप से कम कर दें, तो यह असंभव नहीं है।
अभी के लिए, सबसे स्पष्ट निष्कर्ष यह है कि रेत-आधारित तापीय विद्युत भंडारण का वादा वास्तविक है, लेकिन अनसुलझा है। आल्टो का प्रोटोटाइप दिखाता है कि विचार सिद्धांत रूप में काम कर सकता है। यह भी दिखाता है कि इसे अच्छी तरह काम कराना कहीं कठिन और अधिक महत्वपूर्ण कदम है।
यह लेख PV Magazine की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें.
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