درس آشنایی با مهندسی برق
(گرایش سیستمهای قدرت الکتریکی)
بخش سوم –شرکتهای تولید، انتقال و توزیع برق
بخشهای مختلف یک سیستم قدرت الکترِیکی
تولید انرژی الکتریکی
انتقال انرژی الکتریکی
توزیع انرژی الکتریکی
مشخصه های تاثیرگذار بر تولید و انتقال
سه شاخص اصلی در تغذیه برق وجود دارد که اگر چه واضح است،اثر قابل توجهی در مهندسی تغذیه برق دارد. آنها عبارتند از:
الف- برق، برخلاف آب و گاز قابل ذخیره سازی نیست و تولید کننده در هر زمان کنترل کمی روی بار دارد. مهندسان کنترل ملزم هستند تا توان خروجی ژنراتورها را برابر با بار متصل شده با ولتاژ و فرکانس معین تنظیم کنند. سختی این کار با مطالعه نمودارهای تغییرات روزانه بار مشخص میشود.
مشخصه های تاثیرگذار بر تولید و انتقال (ادامه)
ب- یک افزایش پیوسته در تقاضا برای برق سالانه وجود دارد. اگر چه در بسیاری از کشورهای صنعتی نرخ افزایش مصرف برق در سالهای اخیر کاهش یافته است، ولی حتی در کشورهای با کمترین رشد مصرف، برق مصرفی به مقدار قابل توجهی در حال افزایش است. بنابراین یک روند افزاینده و پیوسته در مقدار تجهیزات تولید برق وجود دارد.
مشخصه های تاثیرگذار بر تولید و انتقال (ادامه)
ج- مسئله توزیع برق و طبیعت سوخت موجود از اهمیت بالایی برخوردار است.از آنجائیکه سوخت های فسیلی و زغال سنگ در نواحی استخراج میشود که لزوماً در مرکز باراصلی نیست و برق هیدروالکتریک تولیدی از سدها معمولاً از نواحی مراکز بارهای بزرگ دور است، شرکتهای برق با مشکل برپا کردن پستهای برق روبرو شده و مجبور به انتقال توان در فواصل طولانی و مشکلات اقتصادی مربوط به آن را خواهند داشت.
مشخصه های تاثیرگذار بر تولید و انتقال (ادامه)
د- در سالهای اخیر ملاحظات زیست محیطی تاثیر قابل توجهی در جایابی محل پستهای برق، هزینه ساخت، و بهره برداری از واحدهای تولید برق داشته است.
طراحی شبکه برق از تاثیرهای حاصل از طی مراحل قانونی قبل از شروع پروژه نیز تاثیر پذیرفته است. مخصوصاً امروزه سئوال اینکه اثر زیست محیطی واحدهای تولید برق چقدر اهمیت دارد، مطرح شده است.
تبدیل انرژی الکتریکی
انرژی از حالتهای مختلف:
(مکانیکی ،حرارتی، پتانسیل، جنبشی، شیمیایی، فسیلی….)
قابل تبدیل به انرژی الکتریکی است
تبدیل انرژی بوسیله بخار (نیروگاه های بخاری)
احتراق سوختهای فسیلی نظیر زغال سنگ ، گاز، یا نفت در مولد بخار باعث ایجاد بخار با درجه حرارت و فشار بالا شده که به توربین بخار هدایت میشود. نفت دارای مزیت های اقتصادی است چرا که میتواند از محل تصفیه از طریق خط لوله به طرف مولد های بخار در ایستگاه تولید برق تلمبه زده شود.
Combustion gases to precipitator
and stack Stop valve
Preh eat ed air St ep-up t ransio rmer Tran smi ssio n system Coo ling to wer Circuit brea ker Con t rol valve Feed water Steam Bo iler Fu rn ace
Feed wat er pu mp
تبدیل انرژی بوسیله بخار (نیروگاه های بخاری) -ادامه
افزایش بازده حرارتی در اثر استفاده از بخار در بالاترین فشار و دمای ممکن به وجود میآید. همچنین، برای ساختن اقتصادی توربین ها، از توربینهای با اندازه هر چه بزرگتر و در نتیجه هزینه سرمایه گذاری اولیه بیشتر و هزینه بهره برداری کمتر استفاده شود.
در نتیجه واحدهای توربین با ژنراتور بااندازه MW500 و بیشتر در حال حاضر مورد استفاه قرار میگیرند. راندمان توربینهای بخار با ظرفیت MW100 و بیشتر بااستفاده از حرارت دادن دوباره بخاری که تا حدودی منبسط شده است توسط یک واحد باز گرمکن افزایش می یابد. بخار دوباره حرارت داده شده سپس به سمت توربین بازگردانده میشود و وارد قسمت دیگر توربین با فشار کمترشده در آنجا منبسط و انرژی آن تبدیل به انرژی مکانیکی میشود.
تبدیل انرژی به وسیله آب (نیروگاه های آبی)
احتمالاً قدیمی ترین روش تبدیل انرژی استفاده از قدرت آب است. در ایستگاه هیدروالکتریک انرژی آب بصورت رایگان در دسترس است. این ویژگی جذاب همیشه به گونه ای توسط هزینه های بالای سرمایه گذاری اولیه جهت ساخت نیروگاه، بخصوص هزینه های ساختمانی نیروگاه، تحت تاثیر قرار گرفته است. متاسفانه شرایط جغرافیایی لازم برای نیروگاه هیدروالکتریک بطور معمول پیدا نمیشوند.
نیروگاه آبی به دوصورت استفاده از ” ذخیره آب پشت سد“ و“ نیروگاه جریانی ” مورد استفاده قرار می گیرند
یک راه معمول استفاده از انرژی آب،سیستم تلمبه-ذخیره ای است که استفاده ازانرژی آب در شرایط غیر معمول را قادر می سازد.
توربین های گازی (نیروگاه های گازی)
استفاده از توربین گازی به عنوان محرک اولیه دارای مزیت های خاصی نسبت به نیروگاههای بخاری است،اگرچه استفاده از آنها در حالت کار دایم کمتر اقتصادی است.
مهمترین مزیت توربین گازی در توانایی آن در راه اندازی و تغذیه سریع بار است. بنابراین توربین های گازی می توانند مورد استفاده برای مقابله با قلههای بار قرار گیرند.
از نقطه نظر اقتصادی مطلوب تر است که با راه اندازی توربین های گازی که قادر هستند 2 دقیقه بعد از راه اندازی قله های بار را تغذیه کنند استفاده کنیم .
نیروگاه اتمی
استفاده از انرژی اتمی در تولید برق بطور چشم گیری در حال گسترش است. در اکثر این نیروگاه ها انرژی اتمی اساساً برای تولید بخار برای توربین ها استفاده میشود.
با افزایش ظرفیت توربینها،استفاده از توربینهای بخار با محور افقی چند مرحله ای با سطوح فشار متفاوت روی یک محور معمول شده است.
استفاده از انرژی اتمی در نیروگاه اتمی به دو روش قابل بهره برداری است
تولید انرژی اتمی بروش شکست هسته(Fission)
تا به حال توان به صورت موفقیت آمیز فقط از طریق عمل شکستن هسته که مربوط به تقسیم هسته یک اتم است بدست آمده است.
در مقایسه با فرآیندهای شیمیایی مقدار زیادی انرژی به ازای هر بار فعل و انفعال روی یک اتم باهر یک از دو عمل ترکیب ویا شکستن هسته بدست میآید
فلز تجزیه شده از سنگ معدن اورانیم عموما از دو ایزوتوپ تشکیل شده است، اورانیوم 238U- (بمیزان 99.3درصدوزنی)و235-U (0.7 درصد). تنها اورانیوم 235U- قابل شکستن می باشد. یعنی وقتی با نوترون های متحرک با سرعت کم برخورد می کند هسته اتم آن به دو جزء کوچکتر و تعدادی نوترون و انرژی جنبشی زیادی تجزیه میشود(میشکند).
تولید انرژی اتمی بروش شکست هسته (Fission)- ادامه
اجزای کوچکتر تولید شده، که در حال حرکت با سرعت زیاد هستند، قبل از ساکن شدن با اتم های اطراف برخورد کرده و حرارت تولید می کنند. نوترون ها مجددا ادامه مسیر داده و با اتم های دیگر برخورد کرده و شکست های هسته بیشتری را موجب میشوند.
همانطور که تعداد نوترون ها افزایش می یابد، موجب می شود که در شرایط درست زنجیره هایی از واکنش به وجود آید. در راکتورهای معمولی نظر به اینکه برای شکست هسته نیاز به نوترون ها با سرعت کم می باشد،از تعدیل کننده یا کنترل کننده برای کاهش سرعت حرکت نوترون ها بمنظور بدست آوردن تجزیه های اتمی مفیدتر استفاده می شود.
جوش هسته(Fusion)
ترکیب دو هسته اتم سبک و ایجاد یک هسته اتم سنگین تر را جوش یا ترکیب هسته(fusion ) نامند که در اثر این واکنش انرژی بسیار زیادی نیز ایجاد می شود.
در این عمل احتیاج به انتشار نوترون نبوده وبرای تداوم عملیات ترکیب هسته نیاز به دمای بسیار بالا برای ایجاد برخوردهای پیوسته می باشد.
مطلوب ترین سوخت ها در عملیات جوش هسته ترکیب ایزوتوپ های هیدروژن که دیوترویم (D) (جرم 2) و تریتیوم (T) (جرم 3) می باشند. محصول ترکیب هسته، ایزوتوپ هلیم (جرم 3)، هیدروژن، نوترون و گرما می باشد.
جوش هسته(Fusion)-ادامه
از آنجائیکه ایزوتوپ تریتیوم بطور طبیعی ساخته نمیشود آنرا در راکتور در اثر فعل و انفعالات (ترکیب) ترکیب نوترون و ایزوتوب لیتیم جرم 6 (تولید میشود).
ترکیب دیوتریم- دوتریوم (dueterium-deuterium) ،احتیاج به دمای بیشتری نسبت به دیوترمیم- تریتیوم (dueterium-tritium) دارد و دومی در حال حاضر بیشتر احتمال مورد استفاده قرار گرفتن دارد.
ذخایر لیتیم موجود تقریباً مساوی با مقدار ذخایر سوخت های فسیلی تقریب زده شده است. از طرف دیگر، دوتریوم در آب دریا با میزان تمرکز حدود 34 در هر یک میلیون قسمت وجود دارد. در نتیجه پتانسیل منابع انرژی وسیع است.
جوش هسته(Fusion)-ادامه
برای عملیات موفقیت آمیز ترکیب دیوتریم – تریتیم راکتور ترکیب هسته، دما باید به اندازه کافی بالا باشد تا توان خارج شده بیشتر از توان ورودی بعلاوه تلفات انرژی باشد.
همچنین تعداد هسته های شرکت کننده در واکنش باید به اندازه کافی زیاد باشد تا واکنش تداوم یابد.
دما باید بیش از 8107 درجه کلوین باشد و چگالی اتمها حدود 1015/Cm3 باشد. برای داشتن چنین دمای بالایی در پلاسما، باید از دیوارهای محفظه دور نگه داشته شود زیرا یک تمایل طبیعی برای انبساط پلاسماو خاموش شدن آن وجود دارد.
این عمل با ایجاد یک میدان مغناطیسی محوری که توسط یک هسته در اطراف یک لوله مارپیچی به وجود آمده است،مطابق با سیستم توکاماک روسی ایجاد می شود.
جوش هسته(Fusion)-ادامه
در این دماها سوخت به شکل گاز یونی شده یا پلاسما وجود دارد. یعنی الکترون های مدار خارجی از اتم خود آزاد شده و گاز هادی الکتریسته است. برای بدست آوردن مقدار لازم انرژی، پلاسما باید در دمای مناسب برای بیشتر از یک زمان بحرانی باشد. حاصل ضرب چگالی پلاسما و زمان محبوس بودن همگی مهم هستند.
در راکتور در شرایط پایدار، سوخت بطور پیوسته به پلاسما تغذیه میشود و سوخت استفاده شده بطور پیوسته خارج میشود.
در یک طرح پیشنهاد شده، انرژی توسط دو حلقه انتقال حرارت ، در جهت تامین گرما برای یک سیستم بخار معمول منتقل میشود.
جوش هسته(Fusion)-ادامه
از نقطه نظر ملاحظات رادیواکتیوی،تشعشع راکتورهای جوش هسته ای بسیار کمتر از راکتورهای شکست هسته ای اتمی میباشد.
در حدود 90 درصد از هزینه راکتورهای جوش هسته ای هزینه سرمایه گذاری اولیه است.
مطمئناً تولید برق توسط روش جوش هسته ای اتمی کمبود سوخت را در طویل المدت با حداقل مشکلات زیست محیطی حل میکند.
منابع انرژی پاک
تلاشهای بین المللی قابل توجهی در ایجاد منابع انرژی دیگر برای جایگزینی و تکمیل انرژی حاصل از سوختهای فسیلی انجام گرفته است. بسیاری از منابع جدید (که بعضی از آنها در حقیقت قرن هاست که مورد استفاده قرار میگیرد!) در حقیقت از انرژی خورشیدی بوجودآمده اند، مانند باد، امواج دریا، تغییرات درجه حرارت اقیانوس و فتوسنتز.
مقدار متوسط انرژی خورشیدی دریافت شده در سطح زمین در حدود600 وات در هر متر مربع میباشد، اما مطمئناً مقدار واقعی آن به مقدار قابل توجهی متغیر است.
انرژی خورشیدی- تبدیل مستقیم به برق
تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریکی بروش فتوولتائیک دریک لایه نازک از مواد مناسب ، مثلا سیلیکون، صورت میگیرد.
وقتی جفت های الکترون–حفره به وسیله تابش فتونهای خورشیدی به مثلا سیلیکون حاصل میشود، جدا شدن این الکترون و حفره ها در پتانسیل الکتروشیمیایی بصورت ناپیوسته یک اختلاف پتانسیلی ایجاد میکند.
در حالیکه راندمان تئوری حدود 25 درصد است، مقدار آن در عمل کمتر است. کریستالهای تک سلولی سیلیکون و گالیم–آرسناد با بازده به ترتیب %10 و 16% ساخته شدهاند.
هزینه ساخت و اتصالات داخلی سلولها بالا است (امروزه در سفینههای فضایی بیشتراستفاده میشود). غشای سیلیکون چند کریستالی، دارای دانه ها درشت (یعنی کریستال پیوسته دراز) با بازده بیش از 10 درصد، با تکنیک هایی بصورت تولید انبوه قابل تولیدهستند.
اگر چه این دستگاهها تولید آلودگی نمی کنند، برای تولید زیاد انرژی، فضای زیادی را اشغال میکنند.
انرژی خورشیدی- تبادل حرارتی
در این روش کاربرد، انرژی خورشید باعث گرم شدن آب و تولید بخار آب و سپس افزایش درجه حرارت بخار آب و استفاده از آن برای تولید برق؛در یک نیروگاه مرکزی می شود
در بعضی شرایط آب و هوایی خاص که احتیاج به مقدار زیادی برق می باشد، شرکت برق ملزم به داشتن ذخیره مناسب است.
توربین های بادی
توربین بادی از قدیم ابتدا بصورت آسیابهای بادی برای منظورهای مختلف مخصوصا تولید برق، مورد استفاده قرار گرفته اند.
تبدیل انرژی حرارتی دریا
در سال 1881 میلادی D'Arsonval پیشنهاد استفاده از تفاوت انرژی بین سطح و لایه های زیرین دریاهای استوایی را داد. برای اهداف عملی لایه ها لازم است که تا حد معقولی در نزدیکی یکدیگر قرار داشته باشند، جذب انرژی خورشیدی بوسیله لایه های سطحی آب دریا عمل کششی حرارتی( Thermal-syphon) )ایجاد کرده و آب گرم سطح دریا به سمت قطب های زمین جریان می یابند که در نتیجه آب سرد از طرف قطبها در عمق زیاد به سمت استوا بر میگردد.
جریان Gulf Stream در غرب کشور انگلستان حدود 2 کیلومتر مکعب در دقیقه آب گرم را به حریان می اندازد و مقدار انرژی آن فوق العاده زیاد است.
در نتیجه برای تولید توانهای بزرگ، مقدار وسیعی از آب، و واحد های تبدیل انرژی بزرگ مورد نیاز هستند. به همین طریق میتوان دراقیانوس منجمد شمالی از تفاضل دمای بین لایه های آن (مثلاً 2 درجه) و دمای هوای زیر صفرآن نواحی استفاده کرد.
انرژی ژئوترمال (زمین گرمایی)
در بسیاری قسمت های زمین مقدار وسیع حرارت در داخل زمین در عمق بسیار زیادی قرار دارد. در بعضی نقاط، با این وجود، چشمه های داغ یا چشمه های آبگرم و رودهای مواد (توده های) مذاب و گداخته به اندازه کافی به سطح زمین نزدیک هستند تا مورد استفاده قرار گیرند.
انرژی حرارتی از چشمه های داغ برای سالهای زیادی برای تولید برق ، از آغاز 1904 در ایتالیا مورد استفاده گرفته است. در آمریکا واحد های اصلی تولید توان بروش ژئوترمال در شمال کالیفرنیا، در یک محیط بخاری طبیعی که Geysers (چشمه آبگرم، جوشان) نامیده میشود، قرار گرفته اند. بخار از تعدادی چشمه به داخل توربین ها فرستاده میشود. توان مورداستفاده در حال حاضر در حدود 500 مگاوات قدرت دارد و کل ظرفیت آنهاحدود 2000 مگاوات پیشبینی شده است. به علت فشار و دمای پایینتر نسبت به واحد های با سوخت فسیلی،راندمان آنها کمتر از واحد های تولید برق با سوخت فسیلی است، اما هزینه سرمایه گذاری کمتر است و مطمئناً سوخت در این حالت رایگان است.
انرژی ژئوترمال (زمین گرمایی)
چشمه های آبگرم یک محیط بخاری خشک ارایه میکنند که برای تولید توان توسط توربینهای بخار مناسبتر هستند. انواع دیگر منابع انرژی ژئوترمال: آب داغ، صخره خشک داغ، آب تحت فشار در زمین و لایه های با تفاوت درجه حرارتی طبیعی در پوسته سخت زمین هستند.عموما چشمه های فوق ترکیبی از بخار و آب داغ تولید کرده که این ترکیب بسیار کمتر از چشمه های با بخار خشک مورد استفاده قرار میگیرد.تولید برق از چشمههای آب داغ با فرستادن آب تحت فشار بداخل یک مبدل حرارتی می تواند انجام شود. آب تحت فشار موجب تبخیر مایع فراری مانند فرئون میشود که در داخل توربین انبساط مییابد.
تولیدبرق بروش (MHD) Magneto Hydro Dynamic
در روش فوق، گازها در دمای 2500 درجه سانتیگراد از داخل محفظه ای که در آن یک میدان مغناطیسی قوی ایجاد شده است عبور داده میشود. اگر گاز به اندازه کافی داغ باشد،از نظر الکتریکی تا حدودی هادی خواهد بود (از پتاسیم مخلوط در گاز برای افزایش درجه هدایت استفاده می شود).این عمل مشابه حرکت یک هادی در یک میدان مغناطیسی خواهد بود. در نتیجه یک e.m.f (نیروی الکترومغناطیسی)بوجود میآید که میتوان آن را توسط الکترودها در محلهای مناسب خارج کرد.
تلاشهای زیادی در حال حاضر در بعضی از کشورها در حال انجام است تا یک ژنراتور MHD بزرگ اقتصادی ساخته شود. در شکل عملی آن این سیستم در کنار نیروگاههای سنتی مورد استفاده قرار میگیرد.
استفاده از انرژی موج Tidal Energy
مقدار انرژی امواج دریا بسیار بالا است. امواج اقیانوس اطلس در شمال غربی سواحل بریتانیا دارای متوسط مقدار توان 80 کیلووات در متررا دارد. مسلما انرژی حاصل خیلی متغیر است.
استفاده از انرژی موج در کانال ها از دیرباز مطرح بوده است. مشکلات تکنیکی و اقتصادی وجغرافیایی بسیار زیادی در استفاده ازاین انرژی وجود دارند.
یک واحد استفاده از انرژی موج در La Rance در شمال فرانسه جایی که ارتفاع موج به 9.2 متر و جریان آن 18000 مترمکعب در ثانیه تقریب زده شده، ساخته شده است.
استفاده از انرژی موج Tidal Energy -ادامه
یک روش سودمند در استفاده کردن از موج دریا، هدایت امواج دریا به داخل یک محفظه وهمزمان استفاده از این جریان آب در یک توربین برای تولید برق است. سپس در زمانی که ارتفاع موج کم است با جریان برگشت آب ذخیره شده بدریا از طریق یک سری دیگر از توربینها تولید برق میکنند. این عمل باعث پیوستگی در استفاده از توربین های مختلف برای تولید برق در ارتفاعهای آب متفاوت میشود
در نتیجه،در بیش از صدها کیلومتراز ساحل، یک منبع انرژی وسیع وجود دارد.
استفاده از انرژی جذر و مد دریا
یک روش دیگر در استفاده کردن از موج دریا، استفاده از انرژی جذر و مد دریا است.
در ساعات مد دریا، آب را به داخل یک محفظه هدایت میکنند و سپس در زمان مد دریا که ارتفاع آب کم است با جریان برگشت آب ذخیره شده به دریا، با استفاده از این جریان آب در چند توربین برای تولید برق استفاده می شود.
ذخیره سازی انرژی
مشکلات وسیع در ذخیره سازی برق در هر مقدار زیادی موجب شکل دهی تکنولوژی سیستمهای قدرت، به صورتی که امروزه وجود دارد، شده است.
روشهای گوناگونی برای ذخیره سازی انرژی در ابعاد بزرگ، که میتواند به انرژی برق تبدیل شود، وجود دارد.
هر نوع ذخیره سازی ، به هر حال گران است و محاسبات اقتصادی باید مورد توجه قرار گیرد.
روشهای معمول ذخیره سازی انرژی برای تبدیل به انرژی برق امروزه به این ترتیب هستند: روشهای ذخیره- تلمبه ای ،هوای متراکم شده، حرارت، گاز هیدروژن، باتری های ثانویه.
ذخیره سازی انرژی-نیروگاه تلمبه ذخیره ای
یک روش استفاده از مزیت نیروگاه آبی در جایی که منابع آب مناسب در دسترس نیست استفاده از روش تلمبه-ذخیره ای میباشد. این نیروگاه شامل مخزن آب دردو سطح بالا و پایین است و واحد توربین ژنراتورها به بصورت پمپ-موتوری مورد استفاده قرار میگیرد. مخزن آب بالایی دارای ذخیرهسازی کافی معمولاً 4-6 ساعت برای تولید در بار کامل با یک مخزن رزرو 1-2 ساعتی میباشد.
ذخیره سازی انرژی-نیروگاه تلمبه ذخیره ای-ادامه
روش کار به این ترتیب است:
در طول زمانهای قله بار در شبکه،جریان آب از مخزن آب بالایی بسمت مخزن آب پاییینی حرکت کرده توربینها را در شرایط طبیعی می چرخاند.ژنراتور های چرخانیده شده توسط توربین تولید برق می کنند.
در طول شب در حالی که تنها نیروگاههای بار پایه زیر بار هستند و برق به صورت ارزانترین حالت تولید میشود، ژنراتور ها سپس به بصورت موتور سنکرون مورد بهره برداری قرار گرفته و توربین ها را که اکنون به صورت تلمبه کار میکند می چرخانند و آب در مخزن آب پایین تر تلمبه زده شده و به مخزن بالایی برگردانیده میشود و برای قله بار روز بعد آماده میشود.
بازده معمول این واحد هابصورت زیر است:
برای موتور و ژنراتور 96%،برای تلمبه و توربین 77% ،برای لوله کشی و تونل 97%،وبرای انتقال توان 95% که بازده کل %67 درصد میشود.
ذخیره سازی انرژی-ذخیرهسازی هوای فشرده شده
هوا به داخل محفظه های بزرگ (مثلا غار های زیر زمینی یا معدنهای قدیمی) در شب تلمبه زده میشود و برای قله های بارهای روز برای چرخانیدن توربین های گازی استفاده میشود.
برای نصب یک واحد 290 مگاولت آمپر در آلمان، در سال 1975 مبلغی در حدود 100 دلار بر کیلووات هزینه شد. این واحد انرژی 580 مگاوات-ساعت مربوط به ساعات قله برق را تولید میکند.
انرژی ذخیره شده مساوی با حاصل ضرب فشار در حجم هوای ذخیره شده است. هوای متراکم شده موجب سوختن سوخت در توربینهای گاز به میزان 2 برابر بازده معمول میشود.
ذخیره سازی انرژی – ذخیره سازی حرارت
هیچ ذخیره سازی در مقیاس بزرگ که حرارت در آن دخیره شود هنوز بصورت عملی مورد بهره برداری قرار نگرفته است. آب دارای مزیت های زیادی است. مثلا آب می تواند بعنوان یک ابزار جهت ذخیره سازی حرارت استفاده شود. سدیم مایع همچنین برای ذخیره سازی حرارت پیشنهاد شده است
ذخیره سازی انرژی – ذخیره سازی حرارت-ادامه
در یک نیروگاه بخاری، اگر بار کم باشد، قدرت دیگ های بخار را میتوان برای قدرت خروجی بار کامل نگهداشته و از بخار ناخواسته برای گرم کننده های آب و ذخیره سازی حرارت استفاده کرد.
در طول زمانی که ژنراتور در بار کامل کار میکند،گرمای ذخیره شده برای گرم کردن آب ورودی به دیگ بخار استفاده می شود.
ذخیره سازی انرژی-باتری های ثانویه
استفاده از باتری در مقیاس بزرگ اقتصادی نبوده و دو محلی که استفاده از باتریهای ثانویه زیاد است در اتومبیل و منابع انرژی با تولید برق نوسانی محلی مانند توربین های بادی و واحد های خورشیدی است.
باتری اسید سربی معمول، با وجود آنکه قیمت معقولی دارد دارای چگالی انرژی کم حدود 15 وات-ساعت برای هر کیلوگرم است.
باتری های نیکل-کادمیم بهتر هستند(حدود 40 وات-ساعت برای هر کیلوگرم)، اما بسیار گرانتر هستند.
باتری سدیم–سولفور(حدود 200 وات-ساعت برای هر کیلوگرم)در حال توسعه به مقدار زیادی هستند. این باطریها دارای یک الکترولیت جامد و الکترودهای مایع است و در دمای 300 درجه کار میکند.
تحقیقات در جهت ساخت باطری از ترکیبات دیگر مواد برای افزایش قدرت خروجی و ذخیره سازی بیشتر در واحد وزن در حال انجام است.
ذخیره سازی انرژی-پیل های سوختی
یک پیل سوختی انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی با استفاده از واکنش های الکتروشیمیایی تبدیل میکند.
سوخت(هیدروژن)بطور پیوسته به یک الکترود تغذیه میشود و یک اکسید کننده(معمولاً اکسیژن)، در الکترود دیگر تولید میشود.
در یک پیل سوختی هیدروژن-اکسیژن ، گاز هیدروژن در یک الکترود فلزی پر منفد پخش میشود(نیکل). یک کاتالیز در الکترود اجازه جذب H2 در سطح الکترود را بصورت یون های هیدروژن می دهد. یون های هیدروژن با یونهای هیدروکسیل در الکترولیت واکنش میدهند و آب تولید می شود
در حال حاضر هزینه پیلهای سوختی بسیار بالا است و استفاده آنها در آینده به کاهش اساسی در هزینه بستگی دارد.
ذخیره سازی انرژی-سیستمهای انرژی هیدروژن
در سالهای اخیراستفاده از هیدروژن به عنوان واسطه برای انتقال و ذخیره انرژی انجام شده است.
گرما زایی گاز هیدروژن زیاد و در شرایط متعارف 12 میلیون ژول در مترمکعب است.
استفاده از هیدروژن برای سوخت هواپیما و اتومبیل نیز مطرح است
فاکتورهای امنیتی و قابل انفجار بودن مخازن هیدروژن دلیلی برای استفاده غیر عمومی از آن می باشد
ذخیره سازی انرژی-سیستمهای انرژی هیدروژن-ادامه
مزیت اساسی هیدروژن مطمئناً این است که میتواند ذخیره شود و عیب اساسی نیز این است که از آب با عمل الکترولیز بدست میآید.
روشهای دیگر تولید تحت بررسی آزمایشگاهی هستند.مثلا استفاده از حرارت نیروگاهای اتمی برای شکستن اتم ملکول آب و آزاد سازی هیدروژن وجود دارد، ولی اشکال آن نیاز به دمای 3000 درجه است.
الکترولیز کننده های بسیار بزرگ می توانند بازدهی در حدود 60 درصد بدست آورند. این بازده جمعا با بازده تولید برق یک نیروگاه اتمی رویهم، بازده تولید هیدروژن حدود 21 درصد را میدهد.
با تشکر از توجه شما