संपीड़ित हवा ऊर्जा भंडारण

पेरिस मेट्रो में डीजल जनरेटर सेट प्रारंभ करने के लिए उपयोग किया जाने वाला एक दबाव वाला एयर टैंक

संपीड़ित हवा ऊर्जा भंडारण (सीएईएस) संपीड़ित हवा का उपयोग करके बाद में उपयोग के लिए ऊर्जा भंडारण की विधि है। सार्वजनिक उपयोगिता पैमाने पर, कम मांग की अवधि के समय उत्पन्न ऊर्जा को पीक लोड अवधि के समय जारी किया जा सकता है।^[1]

पहली यूटिलिटी-स्केल सीएईएस परियोजना हंटॉर्फ, जर्मनी में बनाई गई है और अभी भी चालू है।^[2] हंटॉर्फ संयंत्र को प्रारंभ में जीवाश्म ईंधन पावर स्टेशन के लिए लोड बैलेंसर के रूप में विकसित किया गया था।^[3] फोटोवोल्टिक और पवन ऊर्जा जैसे अत्यधिक आंतरायिक ऊर्जा स्रोतों में सहायता करने के लिए बिजली की मांग में उतार-चढ़ाव को पूरा करना।^[4]

बड़े पैमाने पर डिजाइन में सतत चुनौती तापीय ऊर्जा का प्रबंधन है क्योंकि हवा के संपीड़न से अवांछित जूल-थॉम्पसन प्रभाव होता है जो न केवल परिचालन क्षमता को कम करता है बल्कि हानि भी पहुंचा सकता है। विभिन्न आर्किटेक्चर के बीच मुख्य अंतर थर्मल इंजीनियरिंग में है। दूसरी ओर, आग रहित लोकोमोटिव के प्रणोदन के रूप में लघु-स्तरीय प्रणालियों का लंबे समय से उपयोग किया जाता रहा है। पारंपरिक बैटरियों की तुलना में, सिस्टम लंबे समय तक ऊर्जा को स्टोर कर सकते हैं और कम रखरखाव करते हैं।

प्रकार

वायु के संपीडन से ऊष्मा उत्पन्न होती है; संपीड़न के बाद हवा गर्म होती है। विस्तार गर्मी को दूर करता है। यदि कोई अतिरिक्त गर्मी नहीं जोड़ी जाती है, तो विस्तार के बाद हवा बहुत ठंडी हो जाएगी। यदि संपीड़न के समय उत्पन्न गर्मी को संग्रहीत किया जा सकता है और विस्तार के समय उपयोग किया जा सकता है, तो भंडारण की दक्षता में काफी सुधार होता है।^[5] ऐसे कई विधिया हैं जिनमें सीएईएस प्रणाली गर्मी से निपट सकती है। वायु भंडारण स्थिरोष्म, डायबैटिक, इज़ोटेर्मल या निकट-इज़ोटेर्मल हो सकता है।

रुद्धोष्म

एडियाबेटिक स्टोरेज संपीड़न द्वारा उत्पादित ऊर्जा को संग्रहीत करना जारी रखता है और इसे हवा में भेजता है क्योंकि यह शक्ति उत्पन्न करने के लिए विस्तारित होता है। यह चालू अध्ययन का विषय है, जिसमें 2015 तक उपयोगिता-स्तर के संयंत्र नहीं हैं। रुद्धोष्म भंडारण की सैद्धांतिक ऊर्जा रूपांतरण दक्षता पूर्ण इन्सुलेशन के साथ 100% तक पहुंचती है, लेकिन व्यवहार में, राउंड ट्रिप दक्षता 70% होने की उम्मीद है।^[6] गर्मी को कंक्रीट या पत्थर जैसे ठोस में, या गर्म तेल (300 °C तक) या पिघले हुए नमक के घोल (600 °C) जैसे द्रव में संग्रहित किया जा सकता है। गर्म पानी में गर्मी का भंडारण लगभग 65% दक्षता प्राप्त कर सकता है।^[7]

पैक्ड बेड को A-* सिस्टम के लिए थर्मल स्टोरेज यूनिट के रूप में प्रस्तावित किया गया है। एक खोज ^[8] भरा हुआ बिस्तर थर्मल एनर्जी स्टोरेज का उपयोग करके संख्यात्मक रूप से रुद्धोष्म संपीड़ित वायु ऊर्जा भंडारण प्रणाली का अनुकरण किया। निरंतर संचालन के द्वारा सिम्युलेटेड सिस्टम की दक्षता की गणना 70.5% और 71% के बीच की गई थी।

डायबिटिक

डायबिटिक स्टोरेज इंटर कूलर इस प्रकार इज़ोटेर्मल कम्प्रेशन के पास के साथ संपीड़न की गर्मी को कचरे के रूप में वातावरण में फैला देता है, अनिवार्य रूप से संपीड़न के काम को करने के लिए उपयोग की जाने वाली ऊर्जा को बर्बाद कर देता है। भंडारण से हटाने पर, इस संपीड़ित हवा का तापमान इस हवा में संग्रहीत ऊर्जा की मात्रा का संकेतक है। परिणामस्वरूप, यदि ऊर्जा वसूली प्रक्रिया के लिए हवा का तापमान बहुत कम है, तो विद्युत जनरेटर को बिजली देने के लिए टर्बाइन में विस्तार से पहले हवा को काफी हद तक फिर से गरम किया जाना चाहिए। उपयोगिता-श्रेणी के भंडारण के लिए या गर्म धातु द्रव्यमान के साथ प्राकृतिक गैस से चलने वाले बर्नर के साथ यह पुन: ताप पूरा किया जा सकता है। जब नवीकरणीय स्रोत शांत होते हैं, तो पुनर्प्राप्ति की सबसे अधिक आवश्यकता होती है, व्यर्थ गर्मी के लिए ईंधन को जलाया जाना चाहिए। यह भंडारण-पुनर्प्राप्ति चक्र की दक्षता को कम करता है। जबकि यह दृष्टिकोण अपेक्षाकृत सरल है, ईंधन के जलने से पुनर्प्राप्त विद्युत ऊर्जा की लागत बढ़ जाती है और अधिकांश नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों से जुड़े पारिस्थितिक लाभों से समझौता होता है। फिर भी, यह अब तक एकमात्र ऐसी प्रणाली है जिसे व्यावसायिक रूप से लागू किया गया है।

मैकिंटोश,अलबामा सीएईएस संयंत्र को 2.5 एमजे बिजली और 1.2 एमजे कम ताप मान (एलएचवी) गैस की आवश्यकता होती है, जो ऊर्जा उत्पादन के प्रत्येक एमजे के लिए लगभग 27% की ऊर्जा पुनर्प्राप्ति दक्षता के अनुरूप है।^[9] एक सामान्य इलेक्ट्रिक 7एफए 2x1 संयुक्त चक्र संयंत्र, संचालन में सबसे कुशल प्राकृतिक गैस संयंत्रों में से एक, उत्पन्न प्रति एमजे 1.85 एमजे (एलएचवी) गैस का उपयोग करता है,^[10] 54% थर्मल दक्षता होती है।

समतापी

इज़ोटेर्मल संपीड़न और विस्तार दृष्टिकोण पर्यावरण के लिए निरंतर ताप विनिमय द्वारा ऑपरेटिंग तापमान को बनाए रखने का प्रयास करते हैं। प्रत्यागामी संपीडक में, यह महीन पिस्टन का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है ^[11] और कम चक्र गति।^[12] प्रभावी ताप विनिमायकों में वर्तमान चुनौतियों का अर्थ है कि वे केवल निम्न शक्ति स्तरों के लिए ही व्यावहारिक हैं। समतापीय ऊर्जा भंडारण की सैद्धांतिक दक्षता पर्यावरण के लिए सही गर्मी हस्तांतरण के लिए 100% तक पहुंचती है। व्यवहार में, इनमें से कोई भी सही उष्मागतिक चक्र प्राप्त करने योग्य नहीं है, क्योंकि कुछ गर्मी के हानि अपरिहार्य हैं, जिससे लगभग समतापीय प्रक्रिया होती है।

निकट-इज़ोटेर्मल

नियर-इज़ोटेर्मल कम्प्रेशन (और विस्तार) ऐसी प्रक्रिया है जिसमें गैस को बड़े असंपीड्य थर्मल द्रव्यमान जैसे गर्मी अवशोषित करने और रिलीज करने वाली संरचना (हार्स) या पानी के स्प्रे के बहुत निकट से संपीड़ित किया जाता है।^[13] हार्स सामान्यतः समानांतर पंखों की श्रृंखला से बना होता है। जैसे ही गैस संकुचित होती है, संपीड़न की ऊष्मा तेजी से तापीय द्रव्यमान में स्थानांतरित हो जाती है, इसलिए गैस का तापमान स्थिर हो जाता है। थर्मल द्रव्यमान के तापमान को बनाए रखने के लिए बाहरी शीतलन सर्किट का उपयोग किया जाता है।

इज़ोटेर्मल दक्षता (जेड)^[14] एडियाबेटिक और इज़ोटेर्माल प्रक्रिया के बीच की प्रक्रिया कहाँ स्थित है, इसका एक उपाय है। यदि दक्षता 0% है, तो यह पूरी तरह से रूद्धोष्म है; 100% की दक्षता के साथ, यह पूरी तरह से इज़ोटेर्मल है। सामान्यतः निकट-इज़ोटेर्मल प्रक्रिया के साथ, 90-95% की एक इज़ोटेर्मल दक्षता की उम्मीद की जा सकती है।

अन्य

इज़ोटेर्मल सीएईएस का कार्यान्वयन श्रृंखला में उच्च, मध्यम और निम्न दबाव पिस्टन का उपयोग करता है। प्रत्येक चरण के बाद एयरब्लास्ट वेंटुरी पंप होता है जो प्रत्येक विस्तार चरण के बीच हवा से हवा (या हवा से समुद्री जल) हीट एक्सचेंजर पर परिवेशी वायु खींचता है। प्रारंभिक संपीड़ित हवा टारपीडो डिजाइनों ने समान दृष्टिकोण का उपयोग किया, हवा के लिए समुद्री जल को प्रतिस्थापित किया। वेंचुरी पूर्ववर्ती चरण की निकास गैस को गर्म करता है और इस पहले से गरम हवा को अगले चरण में प्रवेश देता है। एच. के. पोर्टर, इंक. के खनन लोकोमोटिव जैसे विभिन्न संपीड़ित वायु वाहनों में इस दृष्टिकोण को व्यापक रूप से अपनाया गया था^[15] और ट्राम में।^[16] यहाँ संपीडन की ऊष्मा प्रभावी रूप से वायुमंडल (या समुद्र) में संग्रहित होती है और बाद में वापस लौट आती है।^{[citation needed]}

कम्प्रेसर और विस्तारक

बिजली से चलने वाले टर्बोचार्जर टर्बो-कंप्रेसर्स और टर्बो विस्तारक के साथ संपीड़न किया जा सकता है^[17] या बिजली पैदा करने के लिए बिजली के जनरेटर चलाने वाले वायु इंजन के साथ विस्तार किया जा सकता है। बिजली से चलने वाले टर्बोचार्जर टर्बो-कंप्रेसर्स और टर्बो विस्तारक के साथ संपीड़न किया जा सकता है^[17] या बिजली पैदा करने के लिए बिजली के जनरेटर चलाने वाले वायु इंजन के साथ विस्तार किया जा सकता है।

भंडारण

भंडारण की थर्मोडायनामिक स्थितियों और उपयोग की जाने वाली तकनीक पर वायु भंडारण वाहिकाओं में भिन्नता है:

लगातार मात्रा में भंडारण (समाधान खनन गुफाओं, ऊपर के जहाजों, जलवाही स्तर, मोटर वाहन अनुप्रयोगों,आदि)
लगातार दबाव भंडारण (पानी के नीचे दबाव वाहिकाओं, संकर पंप हाइड्रो-संपीड़ित हवा भंडारण)

निरंतर मात्रा भंडारण

यह भंडारण प्रणाली बड़ी मात्रा में हवा को संग्रहित करने के लिए विशिष्ट सीमाओं वाले कक्ष का उपयोग करती है। इसका अर्थ थर्मोडायनामिक दृष्टिकोण से है कि यह प्रणाली स्थिर-आयतन और चर-दबाव प्रणाली है। यह कंप्रेशर्स और टर्बाइनों के लिए कुछ परिचालन समस्याओं का कारण बनता है, इसलिए दबाव भिन्नताओं को निश्चित सीमा से नीचे रखना पड़ता है, जैसा कि भंडारण जहाजों पर प्रेरित तनाव होता है।Cite error: Closing </ref> missing for <ref> tag

दूसरी ओर, इस भंडारण प्रणाली की लागत चयनित जल जलाशय (अधिकतर समुद्र या महासागर) के तल पर भंडारण पोत की स्थिति की आवश्यकता के कारण और स्वयं पोत की लागत के कारण अधिक होती है।^[18]

अलग दृष्टिकोण में पानी के अतिरिक्त कई मीटर रेत के नीचे दबे बड़े बैग को दफनाना सम्मिलित है।^[19]

प्लांट लोड प्रबंधन पर काम करते हैं | पीक-शेविंग दैनिक चक्र, रात में चार्ज करना और दिन के समय डिस्चार्ज करना। प्रशांत उत्तर पश्चिमी राष्ट्रीय प्रयोगशाला द्वारा निकाली जा रही ऊर्जा की मात्रा को बढ़ाने के लिए प्राकृतिक गैस या भूतापीय ताप का उपयोग करके संपीड़ित हवा को गर्म करना।^[20]

संपीड़ित-वायु ऊर्जा भंडारण को छोटे पैमाने पर भी नियोजित किया जा सकता है, जैसे कि हवाई कार और हवा से चलने वाले लोकोमोटिव द्वारा शोषण किया जाता है, और उच्च-शक्ति (जैसे, कार्बन रेशा) एयर-स्टोरेज टैंक का उपयोग कर सकते हैं। संपीड़ित हवा में संग्रहीत ऊर्जा को बनाए रखने के लिए, इस टैंक को पर्यावरण से तापीय रूप से पृथक किया जाना चाहिए; अन्यथा, संग्रहीत ऊर्जा गर्मी के रूप में बाहर निकल जाएगी, क्योंकि हवा को संपीड़ित करने से उसका तापमान बढ़ जाता है।

इतिहास

पूरे शहर में संपीडित वायु ऊर्जा प्रणालियों का निर्माण 1870 से किया जा रहा है।^[21] पेरिस, फ्रांस जैसे शहर; बर्मिंघम, इंग्लैंड; ड्रेसडेन, जर्मनी, रिक्सडॉर्फ और ऑफेंबैक, जर्मनी और ब्यूनस आयर्स, अर्जेंटीना ने ऐसी प्रणालियां स्थापित कीं। विक्टर पी (ऑप ने अपनी सूचक भुजाओं को बदलने के लिए हर मिनट हवा की पल्स भेजकर घड़ियों को बिजली देने के लिए पहली प्रणाली का निर्माण किया। वे जल्दी से घरों और उद्योगों को बिजली देने के लिए विकसित हुए।^[22] 1896 तक, पेरिस प्रणाली में हल्के और भारी उद्योग में मोटरों के लिए 50 किमी वायु पाइपों में 550 किलो पास्कल पर 2.2 मेगावाट उत्पादन वितरित किया गया था। उपयोग घन मीटर द्वारा मापा गया था।^[21]सिस्टम उन दिनों घरों में वितरित ऊर्जा का मुख्य स्रोत थे और दंत चिकित्सा, सीनेवाली स्री, प्रिंटिंग सुविधाओं और बेकरी की मशीनों को भी संचालित करते थे।

पहली यूटिलिटी-स्केल मधुमेह कंप्रेस्ड एयर एनर्जी स्टोरेज प्रोजेक्ट 290 मेगावाट का हंटोर्फ प्लांट था, जो 1978 में जर्मनी में 580 मेगावाट एच ऊर्जा, 42% दक्षता के साथ नमक के गुंबद का उपयोग करके खोला गया था।^[23]

मैकिंटोश , अलबामा (1991) में 26 घंटे (2,860 मेगावाट एच ऊर्जा) की क्षमता वाला 110 मेगावाट का संयंत्र बनाया गया था। अलबामा सुविधा की $65 मिलियन लागत $590 प्रति किलोवाट क्षमता और लगभग $23 प्रति किलोवाट -एच भंडारण क्षमता के बराबर है। यह 1100 पीएसआई तक हवा को स्टोर करने के लिए 19 मिलियन क्यूबिक फुट इन-सीटू लीच नमक गुफा का उपयोग करता है। चुकीं संपीड़न चरण लगभग 82% कुशल है, विस्तार चरण में 54% दक्षता पर समान मात्रा में बिजली का उत्पादन करने वाली गैस टरबाइन की एक तिहाई दर से प्राकृतिक गैस के दहन की आवश्यकता होती है।^[23]^[24]^[25]^[26]

अमेरिकी ऊर्जा विभाग ने 300 मेगावाट के पहले चरण के लिए मैचिंग फंड में $24.9 मिलियन का पुरस्कार दिया, $356 मिलियन प्रशांत गैस और इलेक्ट्रिक कंपनी की स्थापना, जो कैलिफोर्निया के केर्न काउंटी में बेकर्सफ़ील्ड के पास विकसित की जा रही खारी झरझरा चट्टान का उपयोग कर रही है। परियोजना के लक्ष्य एक उन्नत डिजाइन (2009) का निर्माण और सत्यापन करना था।^[27]

अमेरिकी ऊर्जा विभाग ने न्यूयॉर्क के वाटकिंस ग्लेन में इबरड्रोला द्वारा विकसित की जा रही 150 मेगावाट नमक-आधारित परियोजना पर प्रारंभिक कार्य करने के लिए $29.4 मिलियन का वित्त पोषण प्रदान किया। लक्ष्य नवीकरणीय आंतरायिक ऊर्जा स्रोत (2010) को संतुलित करने के लिए स्मार्ट ग्रिड प्रौद्योगिकी को सम्मिलित करना है।^[27]^[28]

जनरल कंप्रेशन ने गेंस काउंटी, टेक्सास में 2 मेगावाट निकट-समतापीय परियोजना का निर्माण पूरा किया; दुनिया की तीसरी परियोजना (2012) परियोजना ईंधन का उपयोग नहीं करती है।^[29] ऐसा प्रतीत होता है कि 2016 में काम करना बंद कर दिया था।^[30]

एडीईएलई नामक 200 मेगावाट की पहली रुद्धोष्म परियोजना, जर्मनी (2013) में निर्माण के लिए 70% दक्षता के लक्ष्य के साथ योजना बनाई गई थी। 600 °C (1,112 °F) 100 बार दबाव पर हवा।^[31] यह परियोजना अज्ञात कारणों से कम से कम 2016 तक विलंबित रही।^[32]

स्टोरइलेक्ट्रिक लिमिटेड ने 800 मेगावाट एच भंडारण क्षमता (2017) के साथ चेशायर, यूके में 40 मेगावाट 100% नवीकरणीय ऊर्जा पायलट संयंत्र बनाने की योजना बनाई है।^[33]

हाइड्रोस्टोर ने ओंटारियो ग्रिड (2019) को 2.2मेगावाट - 10मेगावाट एच स्टोरेज के साथ सेवा की आपूर्ति करते हुए गोदरिच, ओंटारियो में पहला वाणिज्यिकए-सीएईएस सिस्टम पूरा किया। दशकों में वाणिज्यिक संचालन प्राप्त करने वाली यह पहली ए-सीएईएस प्रणाली थी।^[34]

ऑस्ट्रिया में यूरोपीय संघ द्वारा वित्त पोषित रिकास (एडियाबेटिक) परियोजना को दक्षता में सुधार के लिए संपीड़न प्रक्रिया से गर्मी को स्टोर करने के लिए कुचले हुए चट्टान का उपयोग करना था (2020)। सिस्टम से 70-80% दक्षता प्राप्त करने की उम्मीद थी।^[35]

एपेक्स ने 2016 में ऑनलाइन होने के लिए एंडरसन काउंटी, टेक्सास के लिए एक संयंत्र की योजना बनाई।^[36] इस परियोजना में देरी हुई है और कम से कम 2020 तक।^[37]

कनाडाई कंपनी हाइड्रोस्टोर ने टोरंटो, गोदरिच, अंगस, और रोजमोंड (2020) में चार एडवांस प्लांट बनाने की योजना बनाई है। कुछ में पानी में आंशिक ताप भंडारण सम्मिलित है, जिससे दक्षता में 65% सुधार हुआ है।^[38]

सॉल्ट कैवर्न (2022) का उपयोग करते हुए जियांगसु, चीन में 60% दक्षता के साथ 60 मेगावाट 300 मेगावाट एच सुविधा खोली गई।^[39]

2.5 मेगावाट- 4 मेगावाट एच संपीड़ित CO₂ सार्डिनिया, इटली (2022) में सुविधा का संचालन प्रारंभ हुआ।^[40]

2022 तक केर्न काउंटी, कैलिफोर्निया में रोसमंड में जेम परियोजना को 500 मेगावाट 4,000 मेगावाट भंडारण क्षमता प्रदान करने की योजना थी। सैन लुइस ओबिस्पो, कैलिफोर्निया में पेचो परियोजना को 400 मेगावाट / 3,200 मेगावाट एच होने की योजना थी। न्यू साउथ वेल्स, ऑस्ट्रेलिया में टूटी हुई पहाड़ी परियोजना 200 मेगावाट-1,600 मेगावाट एच थी।^[41]

2022 में Zhangjiakou ने उत्तरी चीन में दुनिया की पहली 100 मेगावाट की उन्नत प्रणाली को ग्रिड से जोड़ा। यह सुपरक्रिटिकल थर्मल स्टोरेज, सुपरक्रिटिकल हीट एक्सचेंज, हाई-लोड कम्प्रेशन और एक्सपेंशन टेक्नोलॉजी को अपनाने के अतिरिक्त जीवाश्म ईंधन का उपयोग नहीं करता है। प्लांट 70.4% दक्षता के साथ 400 मेगावाट एच स्टोर कर सकता है।^[42] शांगडोंग में 350 मेगावाट -1.4 GWh परियोजना का निर्माण प्रारंभ हो गया है।^[43]

भंडारण ऊष्मप्रवैगिकी

लगभग प्रतिवर्ती प्रक्रिया (थर्मोडायनामिक्स) को प्राप्त करने के लिए जिससे सिस्टम में अधिकांश ऊर्जा बचाई जा सके और इसे पुनः प्राप्त किया जा सके, और हानि को नगण्य रखा जा सके, निकटवर्ती इज़ोटेर्माल प्रक्रिया या आइसेंट्रोपिक प्रक्रिया वांछित है।^[5]

इज़ोटेर्मल स्टोरेज

इज़ोटेर्मल प्रक्रिया संपीड़न प्रक्रिया में, सिस्टम में गैस को पूरे समय स्थिर तापमान पर रखा जाता है। इसके लिए आवश्यक रूप से गैस के साथ ऊष्मा के आदान-प्रदान की आवश्यकता होती है; अन्यथा, चार्ज करने के समय तापमान बढ़ जाएगा और निर्वहन के समय गिर जाएगा। कंप्रेसर, रेगुलेटर और टैंक में बाद के चरणों के बीच हीट परिवर्तक (इंटरकूलिंग) द्वारा यह हीट एक्सचेंज प्राप्त किया जा सकता है। व्यर्थ ऊर्जा से बचने के लिए, इंटरकूलर को उच्च ताप हस्तांतरण और कम दबाव ड्रॉप के लिए अनुकूलित किया जाना चाहिए। छोटे कंप्रेशर्स इंटरकूलिंग के बिना भी इज़ोटेर्माल संपीड़न का अनुमान लगा सकते हैं, संपीड़न कक्ष की मात्रा के लिए सतह क्षेत्र के अपेक्षाकृत उच्च अनुपात और कंप्रेसर बॉडी से गर्मी अपव्यय में परिणामी सुधार के कारण होते है।

जब कोई पूर्ण इज़ोटेर्मल स्टोरेज (और डिस्चार्ज) प्राप्त करता है, तो प्रक्रिया को प्रतिवर्ती कहा जाता है। इसके लिए आवश्यक है कि परिवेश और गैस के बीच ऊष्मा का स्थानांतरण असीम रूप से छोटे तापमान अंतर पर हो। उस स्थितियों में, गर्मी हस्तांतरण प्रक्रिया में कोई बाहरी हानि नहीं होता है, और इसलिए विस्तार कार्य के रूप में संपीड़न कार्य पूरी तरह से पुनर्प्राप्त किया जा सकता है: 100% भंडारण दक्षता चुकीं , व्यवहार में, किसी भी गर्मी हस्तांतरण प्रक्रिया में हमेशा तापमान का अंतर होता है, और इसलिए सभी व्यावहारिक ऊर्जा भंडारण 100% से कम क्षमता प्राप्त करते हैं।

इज़ोटेर्मल प्रक्रिया में संपीड़न विस्तार कार्य का अनुमान लगाने के लिए, यह माना जा सकता है कि संपीड़ित हवा आदर्श गैस कानून का पालन करती है:

pV=nRT={\text{constant}}.

पूर्ण तापमान के साथ प्रारंभिक अवस्था A से अंतिम अवस्था B तक की प्रक्रिया $T=T_{A}=T_{B}$ निरंतर, कोई संपीड़न (नकारात्मक) के लिए आवश्यक कार्य पाता है या विस्तार (सकारात्मक) द्वारा किया जाता है

{\begin{aligned}W_{A\to B}&=\int _{V_{A}}^{V_{B}}p\,dV=\int _{V_{A}}^{V_{B}}{\frac {nRT}{V}}dV=nRT\int _{V_{A}}^{V_{B}}{\frac {1}{V}}dV\\&=nRT(\ln {V_{B}}-\ln {V_{A}})=nRT\ln {\frac {V_{B}}{V_{A}}}=p_{A}V_{A}\ln {\frac {p_{A}}{p_{B}}}=p_{B}V_{B}\ln {\frac {p_{A}}{p_{B}}},\\\end{aligned}}

जहां पे $pV=p_{A}V_{A}=p_{B}V_{B}$ , इसलिए ${\frac {V_{B}}{V_{A}}}={\frac {p_{A}}{p_{B}}}$ .

यहां $p$ पूर्ण दबाव है, $V_{A}$ संपीड़ित गैस की (अज्ञात) मात्रा है, $V_{B}$ बर्तन का आयतन है, $n$ गैस (मोल) के पदार्थ की मात्रा है और $R$ आदर्श गैस नियतांक है।

यदि बर्तन के बाहर स्थिर दबाव है, जो प्रारंभिक दबाव के बराबर है $p_{A}$ , बाहरी दबाव का सकारात्मक कार्य शोषक ऊर्जा (नकारात्मक मूल्य) को कम करता है। यह उपरोक्त समीकरण में शब्द जोड़ता है:

W_{A\to B}=p_{A}V_{A}\ln {\frac {p_{A}}{p_{B}}}+(V_{A}-V_{B})p_{A}=p_{B}V_{B}\ln {\frac {p_{A}}{p_{B}}}+(p_{B}-p_{A})V_{B}.

उदाहरण

1 मीटर में कितनी ऊर्जा संग्रहित की जा सकती है³ के दबाव में भंडारण पात्र 70 bars (7.0 MPa), अगर परिवेश का दबाव है 1 bar (0.10 MPa) इस स्थितियों में, प्रक्रिया कार्य है

W=p_{B}V_{B}\ln {\frac {p_{A}}{p_{B}}}+(p_{B}-p_{A})V_{B}

=

= 7.0 एमपीए × 1 मीटर³ × ln(0.1 एमपीए /7.0 एमपीए ) + (7.0 एमपीए − 0.1 एमपीए ) × 1 m³ = −22.8 एमजे (समतुल्य 6.33 किलोवाट h)।

ऋणात्मक चिह्न का अर्थ है कि गैस पर परिवेश द्वारा कार्य किया गया है। प्रक्रिया अपरिवर्तनीयता (जैसे गर्मी हस्तांतरण में) के परिणामस्वरूप संपीड़न प्रक्रिया के लिए आवश्यक ऊर्जा की तुलना में विस्तार प्रक्रिया से कम ऊर्जा प्राप्त होगी। यदि पर्यावरण स्थिर तापमान पर है, उदाहरण के लिए, इंटरकूलर में थर्मल प्रतिरोध का मतलब होगा कि संपीड़न परिवेश के तापमान से कुछ अधिक तापमान पर होता है, और विस्तार परिवेश के तापमान से कुछ कम तापमान पर होगा। इसलिए संपूर्ण इज़ोटेर्मल स्टोरेज सिस्टम प्राप्त करना असंभव है।

स्थिरोष्म (आइसेंट्रोपिक) भंडारण

एडियाबेटिक प्रक्रिया वह है जहां द्रव और परिवेश के बीच कोई गर्मी हस्तांतरण नहीं होता है सिस्टम गर्मी हस्तांतरण के विरुद्ध अछूता रहता है। यदि प्रक्रिया आंतरिक रूप से प्रतिवर्ती (आदर्श सीमा तक घर्षण रहित) है, तो यह अतिरिक्त रूप से आइसेंट्रोपिक होगी।

एडियाबेटिक स्टोरेज सिस्टम संपीड़न प्रक्रिया के समय इंटरकूलिंग को दूर करता है और गैस को संपीड़न के समय गर्म करने की अनुमति देता है और इसी तरह विस्तार के समय ठंडा हो जाता है। यह आकर्षक है क्योंकि गर्मी हस्तांतरण से जुड़े ऊर्जा हानि से बचा जाता है, लेकिन नकारात्मक पक्ष यह है कि भंडारण पोत को गर्मी के हानि के खिलाफ इन्सुलेट किया जाना चाहिए। यह भी उल्लेख किया जाना चाहिए कि वास्तविक कंप्रेशर्स और टर्बाइन आइसेंट्रोपिक नहीं हैं, बल्कि इसके अतिरिक्त लगभग 85% की स्टीम टर्बाइन इसेंट्रोपिक दक्षता है। परिणाम यह है कि एडियाबेटिक सिस्टम के लिए राउंड-ट्रिप स्टोरेज क्षमता भी सही से काफी कम है।

बड़ी भंडारण प्रणाली ऊष्मप्रवैगिकी

ऊर्जा भंडारण प्रणालियाँ अधिकतर बड़ी गुफाओं का उपयोग करती हैं। यह बहुत बड़ी मात्रा के कारण पसंदीदा सिस्टम डिज़ाइन है और इस प्रकार बड़ी मात्रा में ऊर्जा जिसे केवल छोटे से दबाव परिवर्तन के साथ संग्रहित किया जा सकता है। गैस को कम तापमान परिवर्तन (प्रतिवर्ती इज़ोटेर्मल सिस्टम के पास) और गर्मी के हानि (आइसेंट्रोपिक सिस्टम के पास) के साथ रुद्धोष्म रूप से संपीड़ित किया जाता है। यह लाभ गैस भंडारण प्रणाली के निर्माण की कम लागत के अतिरिक्त है, दबाव को रोकने में सहायता के लिए भूमिगत दीवारों का उपयोग करना। दक्षता में सुधार के लिए कैवर्न स्पेस को इंसुलेटेड किया जा सकता है।^{[citation needed]}

अंडरसीट इंसुलेटेड एयरबैग जिनमें बड़े कैवर्न स्टोरेज के समान थर्मोडायनामिक गुण होते हैं, का सुझाव दिया गया है।^[44]

वाहन अनुप्रयोग

परिवहन में व्यावहारिक बाधाएँ

व्यावहारिक भूमि या वायु परिवहन के लिए वाहनों या विमानों में वायु भंडारण का उपयोग करने के लिए, ऊर्जा भंडारण प्रणाली कॉम्पैक्ट और हल्की होनी चाहिए। ऊर्जा घनत्व और विशिष्ट ऊर्जा इंजीनियरिंग शब्द हैं जो इन वांछित गुणों को परिभाषित करते हैं।

विशिष्ट ऊर्जा, ऊर्जा घनत्व और दक्षता

जैसा कि ऊपर गैस भंडारण अनुभाग के ऊष्मप्रवैगिकी में बताया गया है, हवा को संपीड़ित करना इसे गर्म करता है, और इसका विस्तार इसे ठंडा करता है। इसलिए, व्यावहारिक वायु इंजनों को अत्यधिक उच्च या निम्न तापमान से बचने के लिए हीट परिवर्तक की आवश्यकता होती है, और फिर भी वे आदर्श स्थिर तापमान स्थितियों या आदर्श थर्मल इन्सुलेशन तक नहीं पहुंचते हैं।

फिर भी, जैसा कि ऊपर कहा गया है, इज़ोटेर्मल केस का उपयोग करके अधिकतम ऊर्जा संग्रहणीय का वर्णन करना उपयोगी है, जो लगभग 100 केजे / एम तक काम करता है।³ ln(पी_A/पी_B)।

इस प्रकार यदि 1.0 मी^{वायुमंडल से 3} हवा को बहुत धीरे-धीरे 5 लीटर की बोतल में संकुचित किया जाता है 20 MPa (200 bar), संचित संभावित ऊर्जा 530 केजे है। एक अत्यधिक कुशल वायु मोटर इसे गतिज ऊर्जा में स्थानांतरित कर सकती है यदि यह बहुत धीमी गति से चलती है और अपने प्रारंभिक 20 एमपीए दबाव से 100 किलो पास्कल (वायुमंडलीय दबाव पर पूरी तरह से खाली बोतल) तक हवा का विस्तार करने का प्रबंधन करती है। उच्च दक्षता प्राप्त करना तकनीकी चुनौती है, दोनों परिवेश को गर्मी के हानि और अप्राप्य आंतरिक गैस गर्मी के कारण।^[45] यदि ऊपर की बोतल को 1 एमपीए तक खाली किया जाता है, तो मोटर शाफ्ट पर निकालने योग्य ऊर्जा लगभग 300 केजे होती है।

मानक 20 एमपीए, 5 लीटर स्टील की बोतल का द्रव्यमान 7.5 किग्रा होता है, और बेहतर 5 किग्रा। कार्बन-फाइबर या केवलर जैसे उच्च-तन्यता वाले फाइबर का वजन इस आकार में 2 किलो से कम हो सकता है, जो कानूनी सुरक्षा कोड के अनुरूप है। मानक तापमान और दबाव पर 20 डिग्री सेल्सियस पर एक घन मीटर हवा का द्रव्यमान 1.204 किलोग्राम होता है।^[46] इस प्रकार, सैद्धांतिक विशिष्ट ऊर्जा सादे स्टील की बोतल के लिए मोटर शाफ्ट पर मोटे तौर पर 70 केजे /किग्रा से लेकर उन्नत फाइबर-घाव वाले के लिए 180 केजे /किग्रा तक होती है, जबकि उसी के लिए व्यावहारिक प्राप्त करने योग्य विशिष्ट ऊर्जा होती है। कंटेनर 40 से 100 किलो जूल/किग्रा होंगे।

सुरक्षा

अधिकांश प्रौद्योगिकियों के साथ, संपीड़ित हवा में सुरक्षा संबंधी चिंताएँ होती हैं, मुख्य रूप से विनाशकारी टैंक टूटना। सुरक्षा नियम इसे उच्च वजन और दबाव राहत वाल्व जैसी अतिरिक्त सुरक्षा सुविधाओं की कीमत पर दुर्लभ घटना बनाते हैं। विनियम कानूनी काम के दबाव को स्टील की बोतलों (2.5 के सुरक्षा कारक) के टूटने के दबाव के 40% से कम और फाइबर-घाव की बोतलों के लिए 20% से कम (5 के सुरक्षा कारक) तक सीमित कर सकते हैं। वाणिज्यिक डिजाइन आईएसओ 11439 मानक को अपनाते हैं।^[47] उच्च दबाव वाली बोतलें काफी मजबूत होती हैं जिससे वे सामान्यता वाहन दुर्घटनाओं में टूट न जाएं।

बैटरी के साथ तुलना

उन्नत फाइबर-प्रबलित बोतलें ऊर्जा घनत्व के संदर्भ में रिचार्जेबल बैटरी लेड-एसिड बैटरी के बराबर हैं। बैटरियां अपने पूरे चार्ज स्तर पर लगभग स्थिर वोल्टेज प्रदान करती हैं, जबकि दबाव पोत का उपयोग करते समय पूर्ण से खाली तक दबाव बहुत भिन्न होता है। दबावों की विस्तृत श्रृंखला पर उच्च दक्षता और पर्याप्त शक्ति बनाए रखने के लिए वायु इंजनों को डिजाइन करना तकनीकी रूप से चुनौतीपूर्ण है। संपीड़ित हवा बहुत उच्च प्रवाह दर पर बिजली स्थानांतरित कर सकती है, जो विशेष रूप से हाइब्रिड वाहन के लिए परिवहन प्रणालियों के प्रमुख त्वरण और मंदी के उद्देश्यों को पूरा करती है।

कंप्रेस्ड एयर सिस्टम में पारंपरिक बैटरियों की तुलना में लाभ हैं, जिनमें प्रेशर वेसल्स का लंबा जीवनकाल और कम सामग्री विषाक्तता सम्मिलित है। लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी केमिस्ट्री पर आधारित नई बैटरी डिज़ाइन इनमें से किसी भी समस्या से ग्रस्त नहीं हैं। संपीड़ित हवा की लागत संभावित रूप से कम है; चुकीं , उन्नत दबाव वाहिकाओं को विकसित करना महंगा है, और सुरक्षा-परीक्षण और वर्तमान में बड़े पैमाने पर उत्पादित बैटरियों की तुलना में अधिक महंगा है।

इलेक्ट्रिक स्टोरेज तकनीक की तरह, संपीड़ित हवा केवल उतनी ही स्वच्छ होती है जितनी ऊर्जा का स्रोत जो इसे स्टोर करती है। जीवन चक्र मूल्यांकन पावर ग्रिड पर उत्पादन के दिए गए मिश्रण के साथ संयुक्त ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकी से समग्र उत्सर्जन के प्रश्न को संबोधित करता है।

इंजन

वायवीय मोटर या संपीड़ित-वायु इंजन एक इंजन के पिस्टन को चलाने, धुरा को घुमाने, या टरबाइन को चलाने के लिए संपीड़ित हवा के विस्तार का उपयोग करता है।

निम्नलिखित तरीके दक्षता बढ़ा सकते हैं:

उच्च दक्षता पर सतत विस्तार टर्बाइन
एकाधिक विस्तार चरण
अपशिष्ट ताप का उपयोग, विशेष रूप से संकर ताप इंजन डिजाइन में
पर्यावरणीय ताप का उपयोग

अत्यधिक कुशल व्यवस्था श्रृंखला में उच्च, मध्यम और निम्न दबाव वाले पिस्टन का उपयोग करती है, प्रत्येक चरण के बाद एएयरब्लास्ट वेंचुरी होती है जो हवा से हवा के हीट एक्सचेंजर पर परिवेशी वायु खींचती है। यह पूर्ववर्ती चरण के निकास को गर्म करता है और इस पहले से गरम हवा को अगले चरण में प्रवेश देता है। प्रत्येक चरण से एकमात्र निकास गैस ठंडी हवा है जो जितनी ठंडी हो सकती है −15 °C (5 °F); ठंडी हवा का उपयोग कार में एयर कंडीशनिंग के लिए किया जा सकता है।^[16]

व्हाइटहेड टारपीडो के लिए 1904 की तरह ईंधन जलाकर अतिरिक्त गर्मी की आपूर्ति की जा सकती है।^[48] यह अतिरिक्त ईंधन की कीमत पर दिए गए टैंक वॉल्यूम के लिए उपलब्ध रेंज और गति में सुधार करता है।

कारें

1990 के बाद से कई कंपनियों ने कंप्रेस्ड एयर कार विकसित करने का दावा किया है, लेकिन कोई भी उपलब्ध नहीं है। सामान्यतः मुख्य दावा किए गए लाभ हैं सड़क के किनारे प्रदूषण नहीं, कम लागत, स्नेहन के लिए खाना पकाने के तेल का उपयोग, और एकीकृत एयर कंडीशनिंग है।

वाहन अनुप्रयोगों के लिए खाली टैंक को फिर से भरने के लिए आवश्यक समय महत्वपूर्ण है। वॉल्यूम ट्रांसफर पूर्व-संपीड़ित हवा को स्थिर टैंक से वाहन टैंक में लगभग तुरंत ले जाता है। वैकल्पिक रूप से,स्थिर या ऑन-बोर्ड गैस कंप्रेसर मांग पर हवा को संपीड़ित कर सकता है, संभवतः कई घंटों की आवश्यकता होती है।

जहाज

बड़े समुद्री डीजल इंजन को संपीड़ित हवा का उपयोग करके प्रारंभ किया जाता है, सामान्यतः 20 और 30 बार के बीच बड़ी बोतलों में संग्रहित किया जाता है, जो सीधे पिस्टन पर कार्य करता है, विशेष प्रारंभिक वाल्व के माध्यम से ईंधन इंजेक्शन प्रारंभ करने से पहले क्रैंकशाफ्ट को चालू करता है। यह व्यवस्था इलेक्ट्रिक स्टार्टर मोटर की तुलना में अधिक कॉम्पैक्ट और सस्ती है जो इस तरह के पैमाने पर होगी और जहाज के विद्युत जनरेटर और वितरण प्रणाली पर निषेधात्मक भार डाले बिना अत्यंत उच्च शक्ति के आवश्यक फटने की आपूर्ति करने में सक्षम होगी। इंजन को नियंत्रित करने और सिलेंडर निकास वाल्वों पर काम करने वाले वसंत बल के रूप में कार्य करने के लिए और कभी-कभी वायवीय पीआईडी नियंत्रक सहित बोर्ड पर अन्य सहायक प्रणालियों और बिजली उपकरणों को संचालित करने के लिए संपीड़ित हवा का उपयोग सामान्यतः कम दबाव पर भी किया जाता है। इस दृष्टिकोण का लाभ यह है कि विद्युत ब्लैकआउट की स्थिति में, संग्रहीत संपीड़ित हवा द्वारा संचालित जहाज प्रणाली निर्बाध रूप से काम करना जारी रख सकती है, और बिजली की आपूर्ति के बिना जनरेटर को फिर से चालू किया जा सकता है। दूसरा यह है कि बिजली के झटके के जोखिम के बिना सामान्यतः गीले वातावरण में वायवीय उपकरण का उपयोग किया जा सकता है।

हाइब्रिड वाहन

जबकि एयर स्टोरेज सिस्टम अपेक्षाकृत कम बिजली घनत्व और वाहन रेंज प्रदान करता है, इसकी उच्च दक्षता हाइब्रिड वाहनों के लिए आकर्षक है जो पारंपरिक आंतरिक दहन इंजन को मुख्य शक्ति स्रोत के रूप में उपयोग करते हैं। पुनर्योजी ब्रेकिंग के लिए और पिस्टन इंजन के चक्र को अनुकूलित करने के लिए वायु भंडारण का उपयोग किया जा सकता है, जो सभी शक्ति आरपीएम स्तरों पर समान रूप से कुशल नहीं है।

रॉबर्ट बॉश जीएमबीएच और पीएसए प्यूज़ो सिट्रोएन ने हाइब्रिड सिस्टम विकसित किया है जो संपीड़ित नाइट्रोजन टैंक से ऊर्जा को स्थानांतरित करने के तरीके के रूप में हाइड्रोलिक्स का उपयोग करता है। ईंधन की खपत में 45% तक की कमी का दावा किया गया है, जो 2.9/100 km (81 एमपीजी, 69 ग्राम) के अनुरूप है CO₂ किमी) प्यूजियट208 जैसे कॉम्पैक्ट फ्रेम के लिए नई यूरोपीय ड्राइविंग साइकिल (एनईडीसी) पर सिस्टम को प्रतिस्पर्धी इलेक्ट्रिक और फ्लाईव्हील केर्स सिस्टम की तुलना में बहुत अधिक फायदेमंद होने का दावा किया जाता है और 2016 तक सड़क कारों पर होने की उम्मीद है।^[49]

वायु इंजनों का इतिहास

1928 और 1961 के बीच होमस्टेक माइन (साउथ डकोटा) में एच. के. पोर्टर, इंक. द्वारा एक कंप्रेस्ड एयर लोकोमोटिव उपयोग में है।

केंद्रीकृत, शहर-स्तरीय वितरण के माध्यम से 19 वीं शताब्दी से वायु इंजनों का उपयोग इंजनों, पंपों, ड्रिलों और ट्रामों को बिजली देने के लिए किया जाता रहा है। रेसकार्स अपने आंतरिक दहन इंजन (आईसीई) को शुरू करने के लिए संपीड़ित हवा का उपयोग करते हैं, और बड़े डीजल इंजनों में वायवीय मोटर्स शुरू हो सकते हैं।

केंद्रीकृत, शहर-स्तरीय वितरण के माध्यम से फायरलेस लोकोमोटिव, पंप, ड्रिल और ट्राम को बिजली खनन के लिए 19 वीं शताब्दी के बाद से एयर इंजन का उपयोग किया गया है। रसकर अपने आंतरिक दहन इंजन (आईसीई) को प्रारंभ करने के लिए संपीड़ित हवा का उपयोग करते हैं, और बड़े डीजल इंजनों में वायवीय मोटर्स प्रारंभ हो सकते हैं।

सिस्टम के प्रकार

हाइब्रिड सिस्टम

ब्रेटन चक्र इंजन आंतरिक दहन इंजन के लिए उपयुक्त ईंधन के साथ हवा को संपीड़ित और गर्म करते हैं। उदाहरण के लिए, प्राकृतिक गैस या बायोगैस संपीड़ित हवा को गर्म करती है, और फिर एक पारंपरिक गैस टर्बाइन इंजन या जेट इंजिन का पिछला हिस्सा काम करने के लिए इसका विस्तार करता है।

संपीड़ित वायु इंजन एक बैटरी (बिजली) को रिचार्ज कर सकते हैं। जाहिरा तौर पर मृत ऊर्जा ने अपने Pne-PHEV या वायवीय प्लग-इन हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहन-प्रणाली को बढ़ावा दिया।^{[citation needed]}^[50]

मौजूदा हाइब्रिड सिस्टम

1978 में हंटॉर्फ, जर्मनी और 1991 में मैकिन्टोश, अलबामा, यू.एस. ने हाइब्रिड पावर प्लांट चालू किए।^[17]<रेफरी नाम = 'new.scientist.com/vol.195 संख्या 2623 पी। 45'>Pendick, Daniel (November 17, 2007). "हवा को निचोड़ें: हवा से अधिक बिजली प्राप्त करना चाहते हैं? चाबी हमारे पैरों के नीचे है". New Scientist. 195 (2623): 4. Retrieved November 17, 2007.</ref> दोनों प्रणालियाँ वायु संपीड़न के लिए ऑफ-पीक ऊर्जा का उपयोग करती हैं और बिजली उत्पादन चरण के समय संपीड़ित हवा में प्राकृतिक गैस जलाती हैं।

फ्यूचर हाइब्रिड सिस्टम

आयोवा स्टोर्ड एनर्जी पार्क (ISEP) कैवर्न स्टोरेज के अतिरिक्त एक्वीफर स्टोरेज का उपयोग करेगा। जलभृत में पानी के विस्थापन के परिणामस्वरूप पानी के निरंतर हाइड्रोस्टेटिक दबाव द्वारा वायु दबाव का नियमन होता है। ISEP के एक प्रवक्ता का दावा है, यदि आप पर लगातार दबाव है तो आप बेहतर दक्षता के लिए अपने उपकरणों का अनुकूलन कर सकते हैं। <रेफरी नाम= new.scientist.com/vol.195 no.2623 पृ. 45 /> मैकिन्टोश और आयोवा सिस्टम का पावर आउटपुट 2–300 मेगावाट की सीमा में है।

नॉर्टन, ओहियो में अतिरिक्त सुविधाओं का विकास किया जा रहा है। FirstEnergy, एक एक्रोन, ओहियो इलेक्ट्रिक यूटिलिटी, ने नवंबर 2009 में 2,700 मेगावाट नॉर्टन परियोजना के विकास अधिकार प्राप्त किए।^[51] RICAS2020 परियोजना गर्मी वसूली के साथ एडियाबेटिक सीएईएस के लिए एक परित्यक्त खदान का उपयोग करने का प्रयास करती है। संपीड़न गर्मी ढीले पत्थरों से भरे एक सुरंग खंड में संग्रहित होती है, इसलिए मुख्य दबाव भंडारण कक्ष में प्रवेश करते समय संपीड़ित हवा लगभग ठंडी होती है। जब एक सतह टरबाइन के माध्यम से वापस छोड़ा जाता है, तो ठंडी संपीड़ित हवा पत्थरों में संग्रहीत गर्मी को पुनः प्राप्त करती है, जिससे उच्च समग्र दक्षता प्राप्त होती है।^[52]^[53] दो-चरण की प्रक्रिया में लगभग 70% की सैद्धांतिक उच्च दक्षता होती है।^[54]

झील या समुद्र का भंडारण

झीलों और महासागरों में गहरा पानी उच्च दबाव वाले जहाजों या नमक की गुफाओं या जलभृतों में ड्रिलिंग की आवश्यकता के बिना दबाव प्रदान कर सकता है।^[55] हवा सस्ते, लचीले कंटेनरों में चली जाती है जैसे कि गहरी झीलों में नीचे प्लास्टिक की थैलियाँ या समुद्र के किनारे खड़ी बूंदों के साथ। बाधाओं में उपयुक्त स्थानों की सीमित संख्या और सतह और कंटेनरों के बीच उच्च दबाव वाली पाइपलाइनों की आवश्यकता सम्मिलित है। चूंकि कंटेनर बहुत सस्ते होंगे, अधिक दबाव (और अधिक गहराई) की आवश्यकता उतनी महत्वपूर्ण नहीं हो सकती है। इस अवधारणा पर निर्मित प्रणालियों का एक प्रमुख लाभ यह है कि चार्ज और डिस्चार्ज दबाव गहराई का एक निरंतर कार्य है। कार्नोट हीट इंजन की अक्षमताओं को बिजली संयंत्र में कम किया जा सकता है। कई चार्ज और डिस्चार्ज चरणों का उपयोग करके और सस्ते ताप स्रोतों और सिंक जैसे नदियों के ठंडे पानी या सौर तालाबों के गर्म पानी का उपयोग करके कार्नाट दक्षता को बढ़ाया जा सकता है। आदर्श रूप से, सिस्टम को बहुत चतुर होना चाहिए - उदाहरण के लिए, गर्मी के दिनों में पंप करने से पहले हवा को ठंडा करके।^[56] एक पनबिजली प्रणाली को चलाने के लिए संपीड़ित गैस का उपयोग किया जाता है, तो एक लगभग आइसोबैरिक प्रक्रिया समाधान संभव है। चुकीं , इस समाधान के लिए भूमि पर स्थित बड़े दबाव वाले टैंकों (साथ ही पानी के नीचे के एयरबैग) की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, हाइड्रोजन गैस पसंदीदा तरल पदार्थ है क्योंकि अन्य गैसें अपेक्षाकृत मामूली गहराई (जैसे 500 मीटर) पर भी पर्याप्त हाइड्रोस्टेटिक दबावों से ग्रस्त हैं।

यूरोपीय इलेक्ट्रिकल यूटिलिटी कंपनी E.ON ने अंडरसी एयर स्टोरेज बैग विकसित करने के लिए €1.4 मिलियन (£1.1 मिलियन) की फंडिंग प्रदान की है।^[57]^[58] कनाडा में हाइड्रोस्टोर 1 से 4 मेगावाट के पैमाने पर प्रारंभ होने वाले संपीड़ित वायु ऊर्जा भंडारण के लिए पानी के नीचे भंडारण संचायक की एक वाणिज्यिक प्रणाली विकसित कर रहा है।^[59] उत्तरी आयरलैंड में पानी के नीचे की गुफाओं में किसी प्रकार के संपीड़ित वायु ऊर्जा भंडारण की योजना है।^[60]

लगभग इज़ोटेर्मल संपीड़न

एक लगभग समतापीय संपीडक और विस्तारक के आरेखीय दृश्य। पिस्टन के साथ बायाँ दृश्य पूरी तरह से पीछे हट गया, दायाँ दृश्य पिस्टन के साथ पूरी तरह से सम्मिलित हो गया।

लगभग इज़ोटेर्मल संपीड़न के कई तरीके विकसित किए जा रहे हैं। द्रव यांत्रिकी में एक प्रणाली होती है जिसमें एक गर्मी अवशोषित करने वाली और रिलीज करने वाली संरचना (HARS) होती है जो एक प्रत्यागामी पिस्टन से जुड़ी होती है।^[61] लाइट सेल एक पानी के स्प्रे को एक पारस्परिक सिलेंडर में इंजेक्ट करता है।^{[citation needed]} SustainX सेमी-कस्टम, 120 आरपीएम कंप्रेसर/एक्सपैंडर के अंदर हवा-पानी फोम मिश्रण का उपयोग करता है।^[62] ये सभी प्रणालियां सुनिश्चित करती हैं कि संपीड़न की गति की तुलना में हवा उच्च तापीय विसारकता के साथ संपीड़ित है। सामान्यतः पर ये कंप्रेशर्स 1000 rpm तक की गति से चल सकते हैं। उच्च ऊष्मीय विसारकता सुनिश्चित करने के लिए, एक गैस अणु की ऊष्मा-अवशोषित सतह से औसत दूरी लगभग 0.5 मिमी होती है। ये लगभग इज़ोटेर्मल कम्प्रेसर भी लगभग आइसोथर्मल विस्तारक के रूप में उपयोग किए जा सकते हैं और सीएईएस की राउंड-ट्रिप दक्षता में सुधार के लिए विकसित किए जा रहे हैं।

यह भी देखें

संदर्भ

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बाहरी कड़ियाँ

Compressed Air System of Paris – technical notes Part 1 Part 2 Part 3 Part 4 Part 5 Part 6 (Special supplement, Scientific American, 1921)
Solution to some of country's energy woes might be little more than hot air (Sandia National Labs, DoE).
MSNBC article, Cities to Store Wind Power for Later Use, January 4, 2006
Power storage: Trapped wind
Catching The Wind In A Bottle A group of Midwest utilities is building a plant that will store excess wind power underground
New York Times Article: Technology; Using Compressed Air To Store Up Electricity
Compressed Air Energy Storage, Entropy and Efficiency

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