Die Energie auf der Erde stammt im Wesentlichen von der Sonne. Die wichtigsten Formen der Energienutzung sind Strom und Wärme, was zur Entwicklung von zwei Technologien geführt hat: Stromspeicherung und Wärmespeicherung.
Thermische Energiespeicherung macht mehr als 50% des Verbrauchs an Endlagern aus, was bedeutet, dass der Wert und der Entwicklungsraum der thermischen Speicherung nicht geringer ist als der der Stromspeicherung. In diesem Artikel wird eine dieser thermischen Speichertechnologien untersucht - die Energiespeicherung in Sand.
Was ist die Energiespeicherung im Sand?
Was ist also eine Energiespeicherung auf Sand? Vereinfacht gesagt, wird ein Sandhaufen aufgeschüttet, und erneuerbare Energiequellen wie Windenergie und Fotovoltaik Energiespeicherung werden zur Stromerzeugung genutzt, und ein Teil des Stroms fließt in das Stromnetz zur normalen Stromversorgung.
Für die überschüssige Energie, die nicht vom Stromnetz aufgenommen werden kann, werden elektrische Heizdrähte verwendet, um den Sand auf hohe Temperaturen zu erhitzen und die Energie in Form von Wärme zu speichern; im Winter wird die Wärme genutzt, um Häuser und Büros das ganze Jahr über zu heizen.
Warum wird Sand als Energiespeichermaterial gewählt?
Der erste Grund ist billig. Im Vergleich zu anderen Energiespeichermaterialien ist Kies billig und leicht zu beschaffen, und es gibt keine spezifischen Anforderungen an die Form, die Feinheit usw. des Kieses wie bei Bausand. Diese Billigkeit ermöglicht es, die Wärmespeicherkapazität in Form von einfachen Stapeln zu erhöhen, deren Größe nur durch die physische Größe begrenzt ist.
Der zweite Grund ist die höhere spezifische Wärme. Im Allgemeinen beträgt die spezifische Wärme von trockenem Sand etwa 0,92×10^3J/kg-℃, was niedriger ist als die von Wasser (4,2×10^3J/kg-℃) und den meisten organischen Stoffen (2-2,5×10^3J /kg-℃), obwohl sie nicht hoch ist. Aber im Vergleich zu den meisten nicht-organischen Stoffen liegt sie immer noch in einer höheren Kategorie - im Vergleich dazu beträgt die spezifische Wärme von Gestein etwa 0,84×10^3J/kg-℃, was nicht so gut ist wie bei Kies.
Die dritte Eigenschaft ist die gute thermische Stabilität. Der Hauptbestandteil von Kies ist Kieselsäure (SiO2). Seine physikalischen und chemischen Eigenschaften sind recht stabil, ungiftig, geruchlos und nicht korrosiv, und sein Schmelzpunkt liegt bei 1600°C oder darüber. Es ist ein sehr zuverlässiges Wärmespeichermaterial. Als Feststoff ist es viel bequemer zu verwenden als eine Flüssigkeit.
Praxis der Energiespeicherung im Sand
In den nordischen Ländern wie Finnland ist der Bedarf an Heizenergie aufgrund ihrer Lage in kalten Zonen relativ dringend. Daher engagieren sich viele Unternehmen in Nordeuropa für die Entwicklung kostengünstiger Technologien zur Speicherung von Wärmeenergie. Verschiedene Materialien wie Sand, Kies, Metall und Beton werden für die thermische Energiespeicherung untersucht.
Polar Night Energy (PNE), ein finnisches Start-up-Unternehmen, hat eine "neue Energiespeichertechnologie" entwickelt - die Energiespeicherung auf Sand. Im Mai 2023 errichtete PNE in einem Kraftwerk in Cankanpe, Südwestfinnland, das weltweit erste kommerzielle Sanderzeugungskraftwerk. Dabei handelt es sich um eine thermische Energiespeichertechnologie, bei der Strom durch Erhitzen eines Sandtanks gespeichert wird.
Das System besteht aus einem riesigen isolierten Stahlzylinder, der etwa 100 Tonnen Bausand fassen kann. Elektrizität aus erneuerbaren Quellen erhitzt den Sand auf 500 Grad Celsius und erzeugt heiße Luft, die im Silo zirkuliert. Das System kann als Heizsystem für die umliegenden Gebiete genutzt werden, wenn es an Sonnenlicht mangelt, wenn die Temperaturen fallen oder im Winter, wenn die Energiepreise zu hoch sind.
Der Sand-Energiespeicher arbeitet nach dem Prinzip der "Widerstandsheizung", bei dem Strom aus erneuerbaren Energien verwendet wird, um das Widerstandselement zu erhitzen und die Partikel im Inneren des Elements in Schwingung zu versetzen, um es zu erwärmen. Diese Widerstandselemente können den Sand auf über 500 Grad Celsius erhitzen, was wiederum die Luft erwärmt. Die heiße Luft strömt durch einen mit Sand gefüllten Wärmespeicherbehälter und zirkuliert durch eine Reihe von Rohren. Die Wärmeenergie kann mehrere Monate lang gespeichert und bei Bedarf umgewandelt werden.
Wenn der Strombedarf hoch und das Angebot niedrig ist, kann das Sandbatteriesystem heiße Luft in einen Wärmetauscher leiten, in dem Wasser erhitzt wird. Das heiße Wasser aus dem Wärmespeichersystem der Sandbatterie wird in das Heizungssystem des Viertels eingespeist, um die Umgebung durch Wasserzirkulation mit Wärmeenergie zu versorgen. Das Demonstrationsprojekt in Cancampe kann etwa 200 Kilowatt Heizleistung für die Beheizung von Gebäuden mit 35.000 Einwohnern in der Umgebung bereitstellen.
Beschränkungen der Energiespeicherung im Sand
Eine der größten Herausforderungen besteht nun darin, ob diese Technologie in größerem Maßstab tatsächlich funktionieren kann und ob die Entwickler sie zur Gewinnung von Strom und Wärme nutzen können. Wenn Sand nur zur Rückspeisung von Strom in das Netz verwendet wird, sinkt der Wirkungsgrad erheblich.
Eine weitere Einschränkung der Energiespeicherung durch Sand ist seine Speicherkapazität. Aufgrund der physikalischen Eigenschaften von Sand kann er möglicherweise nicht so viel Energie speichern wie andere Speichermethoden wie Lithium-Ionen-Batterie-Energiespeicher. Dies bedeutet, dass die Energie, die in Sandspeichersystemen gespeichert und gewonnen werden kann, im Vergleich zu Alternativen begrenzt sein kann.
Darüber hinaus können auch die Kosten für die Implementierung eines Sandspeichersystems eine Einschränkung darstellen. Die für die Energiespeicherung auf Sand erforderliche Technologie und Infrastruktur kann mit erheblichen Vorabinvestitionen und laufenden Wartungskosten verbunden sein. Dies kann sie im Vergleich zu anderen Systemen wirtschaftlich weniger rentabel machen. Energiespeichertechnologien.
Schlussfolgerung
Erneuerbare Energiequellen wie Sonnen- und Windenergie verändern die Art und Weise, wie wir Gebäude, die Industrie und das Stromnetz versorgen. Diese Energiequellen sind jedoch unstetig. Auch wenn die Sonne untergeht oder der Wind nachlässt, brauchen wir eine konstante Stromversorgung.
Daher ist die Energiespeicherung von entscheidender Bedeutung, um eine kontinuierliche Stromversorgung zu gewährleisten und es den Energieerzeugern zu ermöglichen, ihre Wirkung in sonnigen (oder windigen) Momenten der Überproduktion zu maximieren.
Lithium-Ionen-Batterien sind der Marktführer bei kurzfristige Energiespeicherung. Gleichzeitig benötigt der Markt auch wirtschaftliche Langzeitspeicher für elektrische Energie mit kostengünstiger thermischer Energiespeicherung und effizientem Stromkreislauf. Sand Battery schlägt eine neue Idee vor, nämlich die Verwendung einer scheinbar einfachen Low-Tech-Methode, die auch eine Alternative auf dem Energiespeichermarkt darstellen kann.
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