Ученые научились использовать жидкий воздух для сохранения энергии

Превращение воздуха в жидкость может оказаться решением одной из самых сложных проблем, стоящих сегодня перед учеными, – проблемы сохранения энергии

Институт инженеров-механиков (IMechE) утверждает, что жидкий воздух может конкурировать с батареями и водородом в области сохранения энергии, произведенной из возобновляемых источников.

IMechE утверждает, что электричество, производимое ветряными электростанциями «в неподходящее время», а именно ночью, может использоваться, чтобы охлаждать воздух до криогенного состояния в отдаленных местах. Затем воздух можно будет подогревать, чтобы завести турбину.

Инженеры говорят, что при таком подходе процесс производства электричества «в подходящее время» может достигнуть эффективности в 70%.

IMechE провел конференцию, чтобы обсудить новые идеи того, как использование «криоэнергии» может принести выгоду низкоуглеродной (экологически чистой) экономике. Данная технология была первоначально предложена изобретателем-любителем из Хартфордшира Питером Диэрменом для приведения в движение автомобилей.

Для того, чтобы превратить технологию Диэрмена в систему, которая сможет сохранять энергию для ее последующего использования, была создана новая фирма – Highview Power Storage.

Процесс, частично финансируемый правительством, в течение двух лет испытывался на электростанции в Слау, Бакингемшир.

Результаты восхитили администрацию IMechE даже больше, чем горячий воздух. «Полдюжины человек в неделю приходят ко мне, пытаясь убедить меня, что они являются авторами блестящего изобретения, – рассказывает BBC News глава отдела энергоресурсов Тим Фокс. – В данном случае это очень умное устройство, которое похоже на потенциальное решение действительно большой проблемы, которая встает перед нами по мере увеличения количества нерегулярно вырабатываемой энергии из возобновляемых источников».

Доктор Фокс в своем готовящемся законопроекте по электроэнергии убедил правительство обеспечить средства стимулирования для компаний, чтобы они сохраняли энергию в промышленном масштабе с помощью этой и других технологий.

IMechE утверждает, что простота и элегантность процесса Highview являются многообещающими, тем более что он затрагивает не только проблему сохранения энергии, но также и другую проблему – утечки технологического тепла.

Диэрмен работает в гараже, это – его лаборатория
Кадр с видео BBC

Процесс проходит несколько стадий:

1. Электричество, вырабатываемое в «неподходящее время», используется для забора воздуха, из которого удаляются CO2 и водяной пар (иначе они бы замерзли).

2. Оставшийся воздух, главным образом азот, охлаждается до -190°C (-310°F) и превращается в жидкость (изменение состояния воздуха из газа в жидкость, благодаря которому сохраняется энергия).

3. Жидкий воздух хранится в гигантском термосе до тех пор, пока в нем не возникнет необходимость

4. Когда потребность в энергии растет, жидкость подогревается до температуры окружающей среды. Когда она испаряется, она приводит в движение турбину, которая производит электричество; при этом не происходит никакого процесса сгорания.

IMechE утверждает, что данный процесс эффективен только на 25%, но его можно значительно улучшить, если расположить криогенератор рядом с промышленным предприятием или электростанцией, производящей низкопотенциальное тепло, которое в данный момент выпускается в атмосферу.

Высокая температура может использоваться для увеличения теплового расширения жидкого воздуха.

Можно сохранить больше энергии путем забора растрачиваемого холодного воздуха в тот момент, когда охлаждение воздуха заканчивается, и прогонять его через три резервуара с гравием.

Охлажденный гравий сохранит холод до тех пор, пока снова не наступит необходимость запустить процесс охлаждения воздуха.

Обеспечение долговечности

Highview полагает, что если применить эту технологию в широком масштабе, она может достигнуть эффективности 70%, и IMechE согласен с реальностью этой цифры.

«В данной технологии используются стандартные промышленные компоненты, что снижает коммерческий риск. Она прослужит многие десятилетия, и ее можно запустить с помощью простого гаечного ключа», – объясняет доктор Фокс.

Глава энергетической стратегии общегосударственной энергосистемы Великобритании Ричард Смит сказал BBC News, что другие виды сохранения энергии будут иметь все большее значение в ближайшие десятилетия, и их внедрение в промышленном масштабе должно поощряться правительством: «Сохранение энергии – один из четырех инструментов, и мы должны уравновесить спрос и предложение, включая тепловую гибкость (включение и выключение газовых электростанций), взаимосвязи и управление спросом. В конечном счете это сводится к области экономики».

Диэрмен, который также изобрел реанимационное устройство MicroVent, используемое в машинах скорой помощи, сказал BBC News, что ему приятен успех его идей. Он верит в то, что его двигатель на жидком воздухе будет преобладать над другими технологиями сохранения энергии, потому что он не зависит от сырья, в котором может испытываться недостаток.

«Я периодически работал над этим на протяжении почти 50 лет, – сказал он BBC News. – Я начал, когда был подростком, потому что думал, что сырья для каждого владельца автомобиля скоро не хватит. Должен был быть другой путь. С того момента я начал придумывать идею сохранения энергии в холоде. Трудно выразить словами, как это важно для меня – видеть то, что происходит с моими идеями сегодня».

Джон Скотт из Института инженерии и технологии (IET) добавил: «В настоящее время гидроаккумулирующие электростанции – единственный практический способ хранения энергии в больших объемах в британской энергосети, однако места их расположения очень ограничены. В будущем, если новые технологии сохранения энергии можно было бы внедрить по более низкой цене, чем альтернативные, это принесло бы пользу энергосистеме».

Представитель министерства энергетики и изменения климата (Decc) сказал, что вскоре планируется запустить схему по интенсификации инноваций в области сохранения энергии. Другие гранты предоставляет Служба по газовому и электроэнергетическому рынкам Великобритании (Ofgem).