कार्नाट बैटरी
कार्नोट बैटरी एक प्रकार की ऊर्जा भंडारण प्रणाली है जो तापीय ऊर्जा भंडारण में विद्युत का भंडारण करती है। चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान, विद्युत को ऊष्मा में परिवर्तित किया जाता है और ताप भंडारण में रखा जाता है। निर्वहन प्रक्रिया के दौरान, संग्रहीत ऊष्मा वापस विद्युत में परिवर्तित हो जाती है।[1][2]
मार्गुएरे ने 100 साल पहले इस तकनीक की अवधारणा का पेटेंट कराया था,[3] लेकिन अक्षय ऊर्जा के बढ़ते उपयोग और ऐसे स्रोतों से प्राप्त कुल ऊर्जा को बढ़ाने की आवश्यकता को देखते हुए इसके विकास को हाल ही में पुनर्जीवित किया गया था। इस संदर्भ में, आंद्रे थेस ने 2018 में कार्नोट बैटरी पर पहली अंतर्राष्ट्रीय कार्यशाला से पहले "कार्नोट बैटरी" शब्द गढ़ा था।[4]
शब्द "कार्नोट बैटरी" कार्नो प्रमेय से लिया गया है, जो यांत्रिक ऊर्जा में ऊष्मा ऊर्जा के रूपांतरण की अधिकतम दक्षता का वर्णन करता है। "बैटरी" शब्द इंगित करता है कि इस तकनीक का उद्देश्य विद्युत का भंडारण करना है। कार्नोट बैटरी की डिस्चार्ज दक्षता कार्नोट दक्षता द्वारा सीमित है।
जर्मन एयरोस्पेस सेंटर (डीएलआर) और स्टटगार्ट विश्वविद्यालय 2014 से कार्नोट बैटरी की अवधारणा पर काम कर रहे हैं जो 2014 से उच्च तापमान ताप भंडारण में विद्युत का भंडारण करती है।[5]2018 में, डीएलआर द्वारा दुनिया के सबसे बड़े व्यापार मेलों में से एक, हनोवर मेसे[6] में "कार्नोट बैटरी" नाम का उपयोग किया गया था।[5]कार्नोट बैटरी की अवधारणा में ऐसी तकनीकें भी सम्मिलित हैं जिन्हें पहले विकसित किया जा चुका है,[7]जैसे पंप तापीय ऊर्जा भंडारण[8][9]और तरल वायु ऊर्जा भंडारण है।
पृष्ठभूमि
निम्न कार्बन ऊर्जा प्रणालियों के संक्रमण में, विद्युत ऊर्जा प्रणालियों में परिवर्तनीय अक्षय ऊर्जा का प्रवेश बढ़ता है, और इससे ऊर्जा भंडारण की आवश्यकता भी बढ़ जाती है। वर्तमान में, अधिकांश नई स्थापित ऊर्जा भंडारण क्षमता विद्युत रासायनिक विद्युत कोष, जैसे लिथियम-आयन बैटरी से आती है। इस प्रकार की बैटरी अल्पकालिक भंडारण के लिए उपयुक्त है, लेकिन इसकी उच्च ऊर्जा क्षमता लागत के कारण यह लंबी अवधि के लिए किफायती नहीं हो सकती है।[7]तापीय ऊर्जा भंडारण पानी, चट्टानों और लवणों जैसी सस्ती सामग्री में ऊर्जा का भंडारण कर सकता है। इसलिए, बड़े पैमाने की प्रणालियों (जैसे गिगावाट घंटे) की लागत विद्युत रासायनिक बैटरी की लागत से कम हो सकती है।[5]
एनर्जी स्टोरेज एनेक्स 36 - कार्नोट बैटरीज एनर्जी कंजर्वेशन एंड एनर्जी स्टोरेज (ईसीईएस) प्रोग्राम के अनुसार कार्यदल है, जो अन्तरराष्ट्रीय ऊर्जा अभिकरण (आईईए) के अनुसार टेक्नोलॉजी कोलैबोरेशन प्रोग्राम (टीसीपी) का हिस्सा है।[10]
तंत्र विन्यास
कार्नोट बैटरी प्रणाली को तीन भागों में विभाजित किया जा सकता है: पावर टू थर्मल (P2T), तापीय ऊर्जा भंडारण (टीईएस) और थर्मल टू पावर (T2P)।
विद्युत से ताप प्रौद्योगिकी
विभिन्न तकनीकों के उपयोग से विद्युत को ऊष्मा में परिवर्तित किया जा सकता है।[1]*
- ऊष्मा पम्प तकनीक के रूप में कम तापमान के जलाशय से उच्च तापमान तक ऊष्मा को पंप करता है। इसे दो समूहों में विभाजित किया जा सकता है: उत्क्रम रैंकिन चक्र और उत्क्रम ब्रेटन चक्र।
- पारंपरिक ताप पंपों में उत्क्रम रैंकिन चक्र का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है।
- तापीय ऊर्जा को चार्ज और डिस्चार्ज करने के लिए ब्रेटन चक्र का उपयोग करने की अवधारणा 2017 में प्रोफेसर रॉबर्ट बी लाफलिन द्वारा प्रस्तावित की गई थी।[11]*
- अन्य: तरल वायु ऊर्जा भंडारण प्रणालियों में, क्लॉड चक्र का उपयोग हवा को तरल बनाने के लिए किया जाता है। लैम-होनिगमैन प्रक्रिया उर्जा को उष्मा में बदलने के लिए ऊष्मरासायनिक चक्र का उपयोग करती है।[12]
तापीय ऊर्जा भंडारण
ऊष्मा भंडारण तंत्र के अनुसार, तापीय ऊर्जा भंडारण को तीन प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: संवेद्य ताप भंडारण, अव्यक्त ताप भंडारण और ऊष्मरासायनिक भंडारण। कार्नोट बैटरी के लिए उपयोग की जाने वाली भंडारण सामग्री हैं:
- गर्म पानी
- गतिल लवण
- पैक्ड-बेड चट्टानें
- द्रव वायु
- गुप्त ऊष्मा तापीय ऊर्जा भंडारण[13]*
- ऊष्मरासायनिक सामग्री (रसायनों के जोड़े), जैसे LiBr/H2O और H2O/NH3[12]
विद्युत से ऊष्मा
उष्मा को उष्मागतिक चक्रों के माध्यम से विद्युत् में परिवर्तित किया जा सकता है, जैसे रैंकिन चक्र या ब्रेटन चक्र किया जा सकता है। कुछ प्रौद्योगिकियां ऊष्मा को विद्युत में परिवर्तित करने के लिए अर्धचालक सामग्री की गुण का उपयोग करती हैं, और उन्हें कार्नाट बैटरी नहीं माना जाता है क्योंकि रूपांतरण प्रक्रिया में कोई ऊष्मागतिक चक्र सम्मिलित नहीं होते हैं, जैसे तापविद्युत् सामग्री और "सन इन ए बॉक्स"।[14]विशिष्ट प्रौद्योगिकियां हैं:
- ऊष्मा इंजन
- भाप टरबाइन
- गैस टर्बाइन[15]
- कार्बनिक रैंकिन चक्र
- लैम-होनिगमैन प्रक्रिया ऊष्मरासायनिक भंडारण में संग्रहीत ऊर्जा को विद्युत में परिवर्तित कर सकती है।[12]
फायदे और नुकसान
कार्नोट बैटरी को कई अन्य नामों से जाना जाता है जैसे "पंप थर्मल इलेक्ट्रिसिटी स्टोरेज" (पीटीईएस) या "पंप हीट इलेक्ट्रिसिटी स्टोरेज" (पीएचईएस)। यह अपेक्षाकृत नई तकनीक सबसे आशाजनक बड़े पैमाने पर ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकी में से एक बन गई है।
कार्नोट बैटरी के मुख्य लाभ हैं:[16]
- साइट का मुफ्त विकल्प;
- छोटे पर्यावरण पदचिह्न;
- 20-30 साल की जीवन प्रत्याशा;
- वैकल्पिक निम्न दर बैकअप क्षमता;
- कार्नोट बैटरी इकाई के निर्माण के लिए कम उपयोग किए गए जीवाश्म-ईंधन वाले विद्युत संयंत्र के घटकों का आंशिक रूप से पुन: उपयोग किया जा सकता है;
इस तकनीक की प्रमुख कमियां हैं:[17]
- सीमित राउंडट्रिप दक्षता 𝜂𝑟𝑜𝑢𝑛𝑑, जो विद्युत 𝑾𝒅𝒊𝒔 के निर्वहन के दौरान वितरित विद्युत 𝑾𝒄𝒉𝒂𝒓 से संबंधित है, जो प्रणाली को चार्ज करने के लिए आवश्यक है। कार्नोट बैटरी सामान्यतः 40-70% दक्षता सीमा का लक्ष्य रखती है, जो पंप भंडारण जलविद्युत (65-85%) से काफी कम है।[18]
अनुप्रयोग
परिवर्तनीय अक्षय ऊर्जा स्रोतों से अतिरिक्त विद्युत को भंडारण करने और जरूरत पड़ने पर विद्युत का उत्पादन करने के लिए कार्नाट बैटरी का उपयोग ग्रिड ऊर्जा भंडारण के रूप में किया जा सकता है।
कुछ कार्नाट बैटरी प्रणाली अन्य अनुप्रयोगों के लिए संग्रहीत ऊष्मा या ठंड का उपयोग कर सकते हैं, जैसे डेटा केंद्र के लिए स्थानीय ताप और शीतलन।
कोयले से चलने वाले बॉयलर को बदलकर उपस्थित कोयले से चलने वाले विद्युत संयंत्रों को जीवाश्म ईंधन स्वतंत्र पीढ़ी प्रणाली में बदलने के लिए कार्नाट बैटरी को समाधान के रूप में प्रस्तावित किया गया है।[19][20]विद्युत संयंत्रों में उपस्थित सुविधाओं जैसे विद्युत उत्पादन प्रणाली और पारेषण प्रणाली का उपयोग किया जा सकता है।
कार्नोट बैटरी परियोजनाओं की सूची
चूंकि कार्नाट बैटरी शब्द नया है, कई उपस्थित तकनीकों को कार्नाट बैटरी के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है।[7]
- तरल वायु ऊर्जा भंडारण: हाईव्यू पावर, बर्मिंघम विश्वविद्यालय
- पंप थर्मल ऊर्जा भंडारण: माल्टा इंक, डरहम विश्वविद्यालय
- विद्युत तापीय ऊर्जा भंडारण: सीमेंस गेम्स, राष्ट्रीय अक्षय ऊर्जा प्रयोगशाला
- प्रतिवर्ती ऊष्मा पम्प / ओआरसी: लीज विश्वविद्यालय[21]*
- लैम-होनिगमैन ऊर्जा भंडारण: बर्लिन का तकनीकी विश्वविद्यालय[22]
यह भी देखें
- ऊर्जा भंडारण
- ग्रिड ऊर्जा भंडारण
- तापीय ऊर्जा भंडारण
संदर्भ
- ↑ 1.0 1.1 Dumont, Olivier; Frate, Guido Francesco; Pillai, Aditya; Lecompte, Steven; De paepe, Michel; Lemort, Vincent (2020). "Carnot battery technology: A state-of-the-art review". Journal of Energy Storage. 32: 101756. doi:10.1016/j.est.2020.101756. ISSN 2352-152X. S2CID 225019981.
- ↑ "IEA Energy Storage Annex 36 - Carnot Batteries". Technology Collaboration Programme Energy Storage, International Energy Agency. Retrieved 28 October 2020.
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- ↑ A. Koen et P. F. Antunez, « How heat can be used to store renewable energy », The Conversation. http://theconversation.com/how-heat-can-be-used-to-store-renewable-energy-130549 (consulté le févr. 27, 2020).
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- ↑ "Webinar on Carnot Batteries" (PDF). ATA insights. April 2019. Retrieved 29 October 2020.
- ↑ Olivier Dumont; Vincent Lemort (September 2020). "First Experimental Results of a Thermally Integrated Carnot Battery Using a Reversible Heat Pump / Organic Rankine Cycle". Conference: 2nd International Workshop on Carnot Batteries 2020. Retrieved 29 October 2020.
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