Oczyszczalnia Ścieków Pogalwanicznych: Schemat Ideowy i Działanie
- Szczegóły
Artykuł przedstawia różne metody magazynowania energii, w tym mechaniczne, elektryczne, elektrochemiczne, termiczne i chemiczne systemy magazynowania energii. Omówione zostaną elektrownie szczytowo-pompowe, zbiorniki sprężonego powietrza, koła zamachowe, superkondensatory, akumulatory, akumulacja ciepła, magazynowanie energii w postaci wodoru oraz metanu.
Mechaniczne Metody Magazynowania Energii
Elektrownia Szczytowo-Pompowa
Metoda ta, wykorzystująca wodę, należy do najbardziej rozpowszechnionych technologii na świecie. Elektrownia zbudowana jest z dwóch zbiorników położonych na różnych poziomach o dużej różnicy wysokości. Energia potencjalna opadającej wody zamieniana jest na energię kinetyczną napędzającą turbinę generatora. Zjawisko to wykorzystuje się w przypadku dużego zapotrzebowania na prąd. Pompowanie z powrotem do zbiornika na wyższym poziomie może się odbywać np. z użyciem energii wyprodukowanej przez odnawialne źródła energii. Jeśli nie, to odbywa się w okresach, gdy zapotrzebowanie na energię elektryczną jest mniejsze lub jej cena jest niższa. Wówczas energia elektryczna do zasilania pompy pochodzi z sieci elektroenergetycznej.
Zbiorniki Sprężonego Powietrza
Metoda ta wykorzystuje zamknięte sprężone powietrze do wytwarzania energii elektrycznej przez turbiny. W odpowiednio przygotowanych szczelnych przestrzeniach lub pojemnikach powietrze pompowane przez sprężarki (w chwilach małego zapotrzebowania) zamykane jest pod wysokim ciśnieniem. Parametrem opisującym tę metodę jest gęstość energii, która wynosi od jednej do dwóch kilowatogodzin na metr sześcienny. W przypadku zapotrzebowania uwalniane powietrze napędza łopatki turbiny, a energia mechaniczna zostaje przekształcona w energię elektryczną, dostarczaną następnie do odbiorników lub sieci energetycznej.
Koło Zamachowe
Jeśli trzeba odzyskać energię w ciągu kilku sekund lub nawet milisekund, najlepszą do tego metodą będzie koło zamachowe (bezwładniki), które magazynuje energię w postaci kinetycznej. Urządzenie takie rozpędzamy w przypadku nadmiaru energii, a przy zwiększonym zapotrzebowaniu wyhamowujemy, odzyskując ją. Energia elektryczna pochodzi z wyhamowania energii kinetycznej obracającej się masy.
Elektryczne Metody Magazynowania Energii
Superkondensator
Rodzaj kondensatora elektrolitycznego. Zbliżony konstrukcją do konwencjonalnych kondensatorów stosowanych w przemysłach elektrycznym i elektronicznym, jednak cechuje się dużą pojemnością elektryczną (rzędu kilku tysięcy faradów) przy napięciu pracy 2,7 Voltów. Superkondensatory magazynują energię w polu elektrycznym powstającym pomiędzy dwiema elektrodami węglowymi, nanorurki węglowe pozwalają na uzyskanie dużej powierzchni czynnej, dzięki czemu wzrasta pojemność. Urządzenia te charakteryzuje wysoka wartość mocy wyjściowej, jaką może dostarczyć system magazynowania energii, np. pięćdziesiąt do stu kilowatów. Zaletą superkondensatorów jest bardzo krótki czas ładowania i rozładowania w porównaniu z innymi urządzeniami (np. akumulatorami).
Przeczytaj także: Przydomowe oczyszczalnie ścieków Zawiercie
Elektrochemiczne Metody Magazynowania Energii
Akumulatory (baterie) przechowują energię elektryczną, magazynując prąd stały np. o napięciu dwunastu Vat, w postaci chemicznej. Najczęściej używane rodzaje akumulatorów to: kwasowo‑ołowiowe, litowo‑jonowe (Li‑Ion), niklowo‑kadmowe (Ni‑Cd), niklowo‑metalowo‑wodorkowe (NiMH).
W fazie ładowania (prąd płynie w przeciwnym kierunku niż w trakcie jego pracy) urządzenie jest odbiornikiem energii, wewnątrz energia elektryczna jest przetwarzana na energię chemiczną. Po podłączeniu do urządzeń elektrycznych lub elektronicznych następuje tryb pracy i akumulator staje się źródłem prądu, zamieniając energię chemiczną na energię elektryczną.
Termiczne Metody Magazynowania Energii
Akumulacja Ciepła
Magazynowanie ciepła (akumulację) definiujemy jako tymczasowe przechowywanie energii cieplnej w niskich lub wysokich temperaturach. W zależności od zakresu temperatury magazynującego medium dzielimy ten proces na trzy rodzaje:
- niskotemperaturowe - do stu dwudziestu stopni Celsjusza,
- średniotemperaturowe - od stu dwudziestu do pięciuset stopni Celsjusza,
- wysokotemperaturowe - powyżej pięciuset stopni Celsjusza.
Przykładowo możemy gromadzić ciepło promieniowania słonecznego i wykorzystać je w ciągu kilku dni lub przechowywać chłód powstały w zimie, aby wykorzystać go w lecie.
Wyróżnia się trzy systemy magazynowania energii cieplnej:
Przeczytaj także: Oczyszczalnia oksydacyjna: zasady działania
- poprzez wykorzystanie ciepła właściwego,
- wykorzystanie energii przemian fazowych (PCM),
- wykorzystanie ciepła przemian chemicznych.
Instalacje, które realizują te założenia, nazywamy ogólnie zasobnikami ciepła TES (ang. TES - Thermal Energy Storages).
Wykorzystanie Ciepła Właściwego
Jedną z najlepszych metod akumulacji energii w przypadku magazynowania w dłuższym czasie jest wykorzystanie ciepła właściwego ciał stałych lub cieczy.
Materiały stałe wykorzystywane do tego celu to głównie fundamenty, bloki i pale betonowe oraz skały, wilgotne gleby i piasek. Do najczęściej stosowanych cieczy zaliczamy: wodę, oleje oraz czynniki chłodnicze.
Magazynowanie energii cieplnej odbywa się poprzez ogrzewanie lub chłodzenie materiału (czynnika akumulacyjnego). W tym wypadku ilość zgromadzonej energii będzie zależna od masy i różnicy temperatur pomiędzy stanem początkowym i końcowym danego medium.
Ze względu na szerokie zastosowanie w elektrociepłowniach, sieciach ciepłowniczych oraz małych obiegach hydraulicznych woda jest najlepszym i najtańszym medium do tego rodzaju metody (poniżej stu stopni Celsjusza, najlepszy zakres od dwudziestu do siedemdziesięciu stopni Celsjusza).
Przeczytaj także: Jak ustawić napowietrzanie?
Wykorzystanie Ciepła Przemian Fazowych PCM
Metoda ta znajduje się obecnie w fazie badań i prac nad polepszeniem właściwości. Materiał PCM (z angielskiego Phase Change Material) to substancja zmiennofazowa lub grupa związków będących w stanie absorbować, akumulować i oddawać dużą ilość energii w zakresie temperatury przemiany fazowej (zmiana stanu skupienia medium i przechodzenie z jednej fazy w drugą).
Podczas przemiany fazowej materiałów następuje wydzielanie lub pochłanianie znacznej ilości ciepła przy praktycznie niezmiennej temperaturze materiału. Wykorzystuje się przemiany faz ciało stałe-ciecz, ciało stałe-gaz, ciecz-gaz oraz ciało stałe-ciało stałe.
Do zalet układów zmiennofazowych należą wysoka pojemność magazynowania przy niewielkich wahaniach temperatury.
Jako materiał PCM wykorzystuje się materiały organiczne (parafiny, alkany, kwasy tłuszczowe, ciecze jonowe) oraz substancje nieorganiczne (uwodnione sole, hydrat soli).
Wykorzystanie Ciepła Przemian Chemicznych
Magazynowanie ciepła wykorzystujące przemiany chemiczne jest oparte na reakcjach endotermicznych (w celu ich przebiegu należy dostarczyć ciepło). Magazyn taki pracuje, wykorzystując odwracalną reakcję chemiczną, używaną do przechowywania i uwalniania energii znajdującej się w określonych substancjach. Oznacza to, że związki chemiczne przechodzą w wyższy stan energetyczny. Zgromadzoną energię uwalnia się w reakcji egzotermicznej. Magazynowanie energii cieplnej za sprawą przemian chemicznych umożliwia uzyskanie dużej ilości energii z danej jednostki objętości oraz długotrwałe przechowywanie w temperaturze otoczenia.
Chemiczne Systemy Magazynowania Energii
Magazynowanie Energii w Postaci Wodoru oraz Metanu
Metan w postaci gazu jest łatwiejszy do przechowywania przez dłuższy czas i może być wykorzystany również jako paliwo dla elektrowni gazowych. Obecnie najczęściej stosowanymi surowcami do otrzymywania wodoru są: gaz ziemny, ropa naftowa i węgiel. Jednak cały czas trwa udoskonalanie technik jego pozyskiwania.
tags: #oczyszczalnia #ścieków #pogalwanicznych #schemat #ideowy #działanie
