स्वस्त साहित्य उष्णताजन्य वीज साठवणुकीला मदत करू शकते का, याची चाचणी आल्टोचे संशोधक घेत आहेत
फिनलंडमधील आल्टो विद्यापीठातील संशोधकांनी प्रयोगात्मकरीत्या स्टर्लिंग इंजिन-आधारित कार्नोट बॅटरी प्रोटोटाइपचे मूल्यांकन केले आहे, जो उष्णताशक्ती साठवण्यासाठी वाळूचा वापर करतो. ही संकल्पना ऊर्जा प्रणालीतील एका कठीण समस्येला लक्ष्य करते: वीज अशी कशी साठवायची की ती स्वस्त, विस्तारण्यासारखी आणि अनेक विद्युरासायनिक बॅटऱ्या सहज देऊ शकतील त्यापेक्षा अधिक दीर्घकाळासाठी उपयुक्त असेल.
कार्नोट बॅटरी वीज उष्णतेच्या रूपात साठवते आणि नंतर ती उष्णता पुन्हा विजेमध्ये रूपांतरित करते. आल्टो पथकाच्या प्रोटोटाइपमध्ये, कमी किमतीची वाळू उष्णता साठवण माध्यम म्हणून वापरली जाते, तर स्टर्लिंग इंजिन साठवलेली उष्णता प्रथम यांत्रिक हालचालीत आणि मग विजेमध्ये रूपांतरित करते. हा दृष्टिकोन वीज-ते-उष्णता-ते-वीज अशा प्रणालींच्या व्यापक वर्गात मोडतो, ज्यांकडे अधिक बदलत्या नवीकरणीय निर्मितीला ग्रिड सामावून घेत असताना लक्ष वेधले जात आहे.
याचे मुख्य आकर्षण सरळ आहे. वाळू मुबलक आणि स्वस्त आहे, आणि उष्णता साठवण तत्त्वतः लिथियम-आयन बॅटऱ्यांना आकार देणाऱ्या त्याच साहित्य पुरवठा साखळ्यांवर अवलंबून न राहता मोठ्या प्रमाणावर वाढवता येते. अशा प्रणाली पुरेश्या कार्यक्षमतेने अभियांत्रिकी केल्या गेल्या, तर त्या कालांतराने सौर आणि पवन निर्मितीचे संतुलन राखण्यासाठी आवश्यक असलेल्या दीर्घकालीन साठवण मिश्रणाचा भाग होऊ शकतात.
प्रोटोटाइप कार्यरत होता, पण कार्यक्षमता हीच मुख्य आव्हान राहिली
स्टर्लिंग इंजिन-आधारित कार्नोट बॅटरी, म्हणजेच SECB, विविध परिस्थितींमध्ये प्रोटोटाइप कसा वागतो हे तपासण्यासाठी संशोधकांनी प्रयोगात्मक आणि संख्यात्मक मूल्यांकन एकत्र केले. त्यांनी नोंदवलेला निष्कर्ष मिश्रित पण उपयुक्त होता: जास्त इंजिन तापमानामुळे वीज उत्पादन आणि कार्यकाल दोन्ही सुधारले, ज्यातून मूलभूत रूपांतरण मार्ग अपेक्षेप्रमाणे कार्य करतो हे दिसले. त्याच वेळी, राउंड-ट्रिप कार्यक्षमता कमीच राहिली.
सारांशानुसार, यामागील मुख्य कारणे उष्णता हानी आणि वाळूच्या थरातील मर्यादित उष्णता स्थानांतरण होती. या किरकोळ अभियांत्रिकी तपशील नाहीत. वीज पुन्हा ग्रिडमध्ये परत देणाऱ्या प्रणाली म्हणून उष्णता बॅटऱ्या आर्थिकदृष्ट्या स्पर्धात्मक बनू शकतील का, या प्रश्नाच्या गाभ्याला ते हात घालतात; केवळ थेट वापरासाठी उष्णता साठवणे इतकेच नव्हे.
हा फरक महत्त्वाचा आहे, कारण साठवलेली ऊर्जा उष्णतेच्या रूपात वापरली जात असेल, तर उष्णता साठवण आधीच अधिक सहज न्याय्य ठरते. पण जेव्हा एखाद्या प्रणालीला त्या ऊर्जेचा लक्षणीय भाग पुन्हा विजेमध्ये रूपांतरित करावा लागतो, तेव्हा प्रत्येक टप्प्यातील तोटा अधिक महत्त्वाचा ठरतो. आल्टोचा निष्कर्ष सूचित करतो की ही संकल्पना तांत्रिकदृष्ट्या शक्य आहे, परंतु अजूनही एका परिचित अडचणीमुळे मर्यादित आहे: कमी किमतीचा फायदा वाया न घालवता उष्णता पुरेशी कार्यक्षमतेने हलवणे आणि टिकवणे.
कार्नोट बॅटऱ्या लक्ष का वेधत राहतात
या मर्यादा असूनही, कार्नोट बॅटऱ्या अधिकाधिक रंजक क्षेत्र व्यापत आहेत. उच्च नवीकरणीय वाटा असलेल्या ऊर्जा प्रणालींना फक्त जलद प्रतिसाद देणाऱ्या बॅटऱ्यांचीच नव्हे, तर अनेक प्रकारच्या साठवणीचीही गरज असते. त्यांना अतिरिक्त वीज शोषून घेणाऱ्या, ती कमी खर्चात अधिक काळ ठेवणाऱ्या आणि ग्रिडला गरज असेल तेव्हा ती सोडणाऱ्या तंत्रज्ञानांचीही आवश्यकता असते.
उष्णता साठवण त्या उद्दिष्टाकडे नेणारा एक मार्ग देते, विशेषतः सोप्या किंवा मुबलक साहित्यांसोबत जोडल्यावर. वाळूने इतर उष्णता-साठवण रचनांमध्ये आधीच लक्ष वेधले आहे, कारण ती स्वस्त, न जळणारी आणि सहज उपलब्ध आहे. स्टर्लिंग इंजिन-आधारित रचना यात भर घालते ती म्हणजे हा चक्र पुन्हा विद्युत उत्पादनापर्यंत पूर्ण करण्याचा प्रयत्न.
स्टर्लिंग इंजिन हे बंद-चक्र उष्णता इंजिन आहे, जे तापमानातील फरकांमधून यांत्रिक हालचाल निर्माण करण्यासाठी हवा किंवा इतर वायूसारख्या कायम कार्यरत वायूचा वापर करते. तत्त्वतः, साठवलेल्या उष्णता साठ्यातून उपयोगी काम काढण्यासाठी ते नैसर्गिक पर्याय ठरते. प्रत्यक्षात, साठवण माध्यमाचा कमी किमतीचा फायदा वाया जाऊ नये यासाठी प्रणालीने इन्सुलेशन, उष्णता देवाणघेवाण आणि रूपांतरणातील तोटे पुरेशा काटेकोरपणे हाताळणे आवश्यक असते.
या निष्कर्षाचे महत्त्व हे की तो ठोस आहे
ऊर्जा साठवण संकल्पना अनेकदा सिम्युलेशन किंवा उच्चस्तरीय डिझाइन प्रस्ताव म्हणूनच फिरत राहतात. आल्टोचे काम उल्लेखनीय ठरते कारण ते बांधलेल्या प्रोटोटाइप आणि मोजलेल्या परिणामांद्वारे चर्चेला पुढे नेतं. कमी कार्यक्षमतेचे प्रात्यक्षिकही उपयुक्त ठरू शकते, जर त्यातून कोणते तोटे प्रमुख आहेत आणि कोणते डिझाइन बदल सर्वाधिक महत्त्वाचे आहेत हे स्पष्ट झाले, तर.
इथे स्रोत दोन अशा क्षेत्रांकडे निर्देश करतो, जी पुढील विकास टप्पा ठरवतील. एक म्हणजे उष्णता हानी कमी करणे, जेणेकरून साठवलेली उष्णता चार्ज-डिस्चार्ज चक्र न्याय्य ठरण्यासाठी पुरेसा वेळ उपलब्ध राहील. दुसरे म्हणजे वाळूच्या थरातील उष्णता स्थानांतरण सुधारणे, जेणेकरून प्रणाली साठवलेली ऊर्जा अधिक प्रभावीपणे वापरू शकेल. ही दोन्ही डिझाइन आणि साहित्याशी संबंधित समस्या आहेत, पण त्या आर्थिक समीकरणालाही आकार देतात.
जर जास्त तापमानामुळे कार्यक्षमता सुधारत असेल, तर प्रणालीला अशा रचनांमधून फायदा होऊ शकतो ज्या उंच कार्यकारी परिस्थिती अधिक चांगल्या प्रकारे सहन आणि वापरू शकतात. पण त्या फायद्यांचा समतोल टिकाऊपणा, प्रणालीची गुंतागुंत आणि खर्च यांच्याशी साधावा लागेल. एक उष्णता बॅटरी ग्रीड-स्तरावर तेव्हाच आकर्षक बनते, जेव्हा उत्पादन वाढवण्यासाठी लागणाऱ्या अभियांत्रिकीमधूनही तिची साधेपणा टिकून राहते.
साठवण परिदृश्यात ती कुठे बसते
आल्टोचा प्रोटोटाइप लवकरच प्रस्थापित बॅटरी प्रणालींची जागा घेईल अशी शक्यता कमी आहे. त्याची कमी राउंड-ट्रिप कार्यक्षमता हे स्पष्ट करते. पण याचा अर्थ ही संकल्पना गौण आहे असा नाही. साठवण बाजार विस्तारित होत आहेत, आणि सर्व तंत्रज्ञानांना एकच समस्या सोडवण्याची गरज नसते. काही वारंवारता प्रतिसादासाठी, काही बहु-तास आर्बिट्राजसाठी, आणि काही औद्योगिक उष्णता किंवा हंगामी समतोलासाठी अनुकूलित होतील.
त्या परिदृश्यात, वाळू-आधारित कार्नोट बॅटरी जर कमी किमतीच्या पर्यायात परिपक्व झाली, जिथे स्वस्त साठवण माध्यम आणि दीर्घ कालावधी यांना कमाल कार्यक्षमतेपेक्षा जास्त महत्त्व असेल, तर ती संबंधित ठरू शकते. हा एक कठीण प्रस्ताव आहे, पण अभियांत्रिकी सुधारणा जर तोटे लक्षणीयरीत्या कमी करू शकल्या, तर तो अशक्य नाही.
सध्या सर्वात स्पष्ट निष्कर्ष असा की वाळू-आधारित उष्णताजन्य वीज साठवणीची शक्यता खरी आहे, पण अजूनही अनिर्णीत आहे. आल्टोचा प्रोटोटाइप हा विचार तत्त्वतः चालू शकतो हे दाखवतो. तसेच तो हेही दाखवतो की तो चांगल्या प्रकारे चालवणे हेच अधिक कठीण आणि अधिक महत्त्वाचे पाऊल आहे.
हा लेख PV Magazine मधील वृत्तांकनावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.
Originally published on pv-magazine.com
