Ученые поняли, как повысить эффективность альтернативных источников энергии

2833
01.12.2023, 20:15

Ученые Томского политеха совместно с коллегами из СПбГМТУ выяснили, как многократно повысить эффективность альтернативных источников энергии. По их словам, создание систем с накопителями позволит использовать до 97% энергии, вырабатываемой ветрогенераторами и солнечными панелями, вместо нынешних 5%. Пока это технически невозможно, например, из-за нестабильности поступления такой энергии. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Energy Storage.

Специалисты Томского политехнического университета (Томского политеха) объяснили, что несмотря на перспективность нетрадиционных возобновляемых источников электрической энергии, сегодня практически невозможно использовать ветрогенераторы и солнечные панели без мощных накопителей энергии.

"Основная задача ученых и инженеров заключается в обеспечении возможности использования вырабатываемой ветрогенераторами и солнечными панелями электроэнергии в результате разработки и создания надежных мощных накопителей электрической энергии. Сейчас энергия, вырабатываемая, например, ветрогенераторами, не может использоваться в промышленности и на транспорте из-за нестабильности поступления этой энергии – если есть ветер, энергия поступает, если нет ветра, энергия не поступает", – отметил профессор Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова Томского политеха Гений Кузнецов.

В результате математического моделирования, ученые сделали вывод о необходимости создания специальных систем обеспечения теплового режима мощных электрохимических накопителей энергии. Они объяснили, что безопасная эксплуатация накопителей электрической энергии на базе большого числа аккумуляторных батарей, и, как следствие, их применение для использования электроэнергии альтернативных источников, возможна только при обеспечении интенсивного теплообмена таких батарей с внешней средой.

По словам Кузнецова, основная проблема аккумуляторов заключается в интенсивном рассеивании тепловой энергии в закрытом внутреннем объеме за счет химических реакций при циклическом заряде и разряде.

"Кроме того, рост энергоемкости современных аккумуляторов, скоростей заряда и разряда, а также случаи возгораний и взрывов аккумуляторных систем накопления энергии указывают на необходимость анализа теплового состояния внутренних электродных конструкций аккумуляторов. Многослойная структура батареи и низкая теплопроводность некоторых материалов требуют обеспечения минимальных колебаний температуры между отдельными слоями и поверхностью корпуса батареи, а также между ее элементами", – объяснил он.

Ученые Томского политеха отметили, что аналогов проведенного исследования с обоснованием необходимости разработки систем обеспечения теплового режима накопителей в настоящий момент не существует. По мнению экспертов, учет тепловых режимов аккумуляторов накопителей, согласно расчетам, позволит использовать вырабатываемую ветрогенераторами энергию реально, а не в теории.

По их словам, после создания мощных накопителей электрической энергии с системами безусловного обеспечения регламентного теплового режима, коэффициент использования вырабатываемой ветрогенераторами электрической энергии может составить 95-97%. Сейчас он около 5%.

В дальнейшем научный коллектив планирует перейти от анализа тепловых режимов традиционных вариантов аккумуляторных батарей с жидким электролитом к литий-ионным батареям, которые широко используют в разных сферах промышленности.