Идея исследователей состоит в том, чтобы использовать избыточную электроэнергию, выработанную, когда требование низкое – например, из ветровых электростанций, когда сильные ветры дуют ночью – при помощи электрических нагревателей сопротивления, которые преобразовывают электричество в тепло. Эти устройства использовали бы избыточное электричество, чтобы подогреть большую массу огнеупорных кирпичей, которые могут сохранить тепло в течение многих длительных периодов, если они приложены в изолированном кожухе.
В более позднее время тепло могло использоваться непосредственно для производственных процессов, или оно могло накормить генераторы, которые преобразовывают его назад в электричество, когда власть необходима.Сама технология стара, но ее потенциальная полноценность – новое явление, вызванное быстрым повышением неустойчивых возобновляемых источников энергии и особенностями способа, которым установлены цены на электроэнергию.
Технологически, система «, возможно, была разработана в 1920-х, но не было никакого рынка для нее тогда», говорит Чарльз Форсберг, исследователь в Отделе MIT Ядерной Науки и Технический и ведущий автор научно-исследовательской работы, описывающей план, который появляется на этой неделе в Журнале Электричества.Forsberg указывает, что спрос на промышленное тепло в США и самых индустрализированных регионах на самом деле больше, чем совокупный спрос на электричество.
И в отличие от спроса на электричество, которое варьируется значительно и часто непредсказуемо, спрос на промышленное тепло постоянный и может использовать дополнительный источник тепла каждый раз, когда это доступно, обеспечивая почти безграничный рынок для тепла, обеспеченного этой основанной на огнеупорном кирпиче системой.Система, которую Форсберг называет ОГНЯМИ (для Огнеупорного кирпича Нагретое до сопротивления Аккумулирование энергии), в действительности подняла бы минимальную цену электричества на сервисном рынке, который в настоящее время может погружаться к почти нолю во времена высокого производства, такие как середина солнечного дня, когда солнечная продукция завода на их пике.Цены на электроэнергию определены день заранее с отдельной ценой за сегмент каждого-часа дня. Это сделано через аукционную систему между производителями и дистрибьюторами власти.
Дистрибьюторы определяют, в каком количестве власти они ожидают нуждаться в течение каждого часа и предложения поставщиков на основе их ожидаемых затрат для производства той энергии. В зависимости от потребностей в установленный срок, эти цены могут быть низкими, если только baseload заводы по производству природного газа необходимы, например, или они могут быть намного выше, если требование требует использования намного более дорогих «худых» электростанций. В конце каждого аукциона дистрибьюторы выясняют, сколько из предложений будет необходимо, чтобы удовлетворить запланированному требованию, и цена, которая будет заплачена всем поставщикам, тогда определена предложением с самой высокой ценой всех принятые в течение того часа.
Но та система может привести к странным результатам, когда власть, которая является очень дешевой, чтобы произвести – солнечный, ветер и ядерная энергия, фактические эксплуатационные расходы которой очень маленькие – может поставлять достаточно, чтобы удовлетворить требованию. Затем цена, которую поставщики получают для власти, может быть близко к нолю, отдав неэкономные заводы.Но отклоняя большую часть той избыточной продукции в тепловое хранение, нагревая большую массу огнеупорного кирпича, затем продавая то тепло непосредственно или используя его, чтобы вести турбины и произвести энергию позже, когда это необходимо, ОГНИ могли по существу установить нижний предел на рыночной цене на электричество, которое, вероятно, будет о цене на природный газ.
Это, в свою очередь, могло помочь сделать больше источников энергии без углерода, такой как солнечное, ветер, и ядерный, более прибыльный и таким образом поощрить их расширение.Крах цен на электроэнергию из-за расширения энергии неокаменелости уже происходит и продолжит увеличиваться, когда установки возобновляемой энергии увеличиваются. «На рынках электроэнергии, таких как Айова, Калифорния и Германия, цена электричества спадает около ноля во времена сильного ветра или солнечной продукции», говорит Форсберг. Как только сумма генерирующей мощности, обеспеченной солнечной энергией, достигает приблизительно 15 процентов полного соединения создания, или когда энергия ветра достигает 30 процентов общего количества, строение таких установок может стать убыточным, если нет достаточная вместимость, чтобы поглотить избыток для более позднего использования.
В настоящее время возможности для хранения избыточного электричества по существу ограничены батареями или накачали гидроэлектрические системы. В отличие от этого, говорит не использующий высокие технологии огнеупорный кирпич, которого тепловая система хранения стоила бы где угодно от одной десятой до одной сороковой так же как любой из тех вариантов, Форсберг.Сам огнеупорный кирпич – просто вариант обычных кирпичей, сделанных из глин, которые способны к противостоянию намного более высоким температурам, располагающихся до 1 600 градусов Цельсия или больше. Фактически очень дешевый, чтобы произвести – глина – в конце концов, просто конкретный вид грязи – такие высокотемпературные кирпичи были найдены в археологических памятниках, относящихся ко времени приблизительно 3 500 лет назад, такой как в печах железного плавления, построенных хеттами в том, что является теперь Турцией.
То, что эти кирпичи выжили до сих пор, свидетельствует об их длительности.В наше время, изменяя химический состав глины, огнеупорный кирпич может быть сделан со множеством свойств.
Например, у кирпичей, которые будут помещены в центр совокупности, могла быть высокая теплопроводность, так, чтобы они могли легко взять в тепле от нагревателей сопротивления. Эти кирпичи могли легко бросить то тепло к холодному воздуху, унесенному через массу, чтобы унести тепло для промышленного использования. Но у кирпичей, используемых для внешних частей структуры, могла быть очень низкая теплопроводность, таким образом создавая раковину изолирования, чтобы помочь сохранить тепло центрального стека.Текущее ограничение на ОГНИ – нагреватели сопротивления.
Существующие недорогие, надежные нагреватели только идут приблизительно в 850 C. В конечном счете Форсберг предлагает, сами кирпичи могли быть сделаны электрически проводящими, так, чтобы они могли действовать как недорогие нагреватели сопротивления самостоятельно, и производство и аккумулирование тепла. Многообещающий материал для этих огнеупорных кирпичей – кремниевый карбид, который уже произведен в крупных весах для использования, такого как наждачная бумага.
Китай в настоящее время производит приблизительно миллион тонн из него в год, говорит Форсберг.Возвращение того тепла в электричество является большей технической проблемой, так, чтобы, вероятно, была бы версия следующего поколения системы ОГНЕЙ, говорит он.
Поэтому вырабатывание электроэнергии с обычными турбинами, используемыми для электростанций природного газа, требует намного более высокой температуры. В то время как тепло производственного процесса жизнеспособно приблизительно в 800 C, он говорит, турбинам нужен сжатый воздух, нагретый по крайней мере до 1 600 C. Обычные нагреватели сопротивления не могут пойти, что высоко, и такие системы будет также нуждаться в камере высокого давления приложения, чтобы обращаться с необходимым давлением воздуха. Но преимущество было бы большим: Удвоение рабочей температуры включило бы половину стоимости произведенного тепла, говорит Форсберг.
Следующий шаг, Форсберг говорит, должен будет настроить некоторые полномасштабные единицы прототипа, чтобы доказать принципы в реальных условиях, что-то, что он ожидает, произойдет к 2020. «Мы находим правильных клиентов для тех начальных единиц», говорит он, который, вероятно, был бы компанией, такой как нефтеперерабатывающий завод этанола, который использует большое тепло, расположенное около значительной установки ветряного двигателя.