Миф о резервном питании от батарей для всего дома | Гринтек Медиа

Миф о резервном аккумуляторном питании для всего дома

Будут ли аккумуляторы поддерживать запуск переменного тока и зарядку электромобиля во время длительного отключения электроэнергии? Возможно нет.

Только критические нагрузки.

Только критические нагрузки.

Системы резервного питания на батареях в сочетании с солнечными батареями считаются лучшим решением для отключения электроэнергии в целях общественной безопасности в Калифорнии, не говоря уже о нашей архаичной электросети.

Эти системы не только идеально подходят для питания дома при отключении электроэнергии, они также помогают снизить затраты на электроэнергию и предоставляют услуги по поддержке сети, когда это необходимо местным коммунальным службам. По причинам выбросов и стоимости обычные газовые или дизельные генераторы не подходят.

Поэтому неудивительно, что спрос на эти системы превышает предложение оборудования, а также доступность квалифицированной монтажной рабочей силы.

Ограничения на резервное питание от аккумулятора для всего дома

Но в этом есть одна загвоздка. Нам нравится верить в миф о резервном копировании всего дома или в представление о том, что наш образ жизни в 21 веке не ослабнет, несмотря ни на пожар, ни на воду. В действительности все обстоит иначе: типичные системы резервного питания работают лучше всего, когда они спроектированы таким образом, чтобы оптимизировать емкость аккумуляторов и свести к минимуму использование крупных бытовых приборов.

Мифы часто имеют реальное происхождение: аккумуляторные системы для всего дома действительно работают для автономных приложений. В США насчитывается около 180,000 XNUMX таких домов.

Но эти дома были спроектированы для проживания вне сети: они обычно меньше по размеру и хорошо изолированы; использовать пламенное отопление с резервированием пропаном; включать активные и пассивные солнечные тепловые системы; и не имеют энергоемких систем кондиционирования воздуха, зарядных устройств уровня 2 для электромобилей или бассейнов.

Есть два фундаментальных инженерных ограничения, которые делают нецелесообразным эксплуатировать весь дом только на батарейках. Во-первых, энергоемкости типичных литий-ионных аккумуляторных систем недостаточно для питания всего дома в ночное время. Во-вторых, резервные аккумуляторные инверторы недостаточно мощны для запуска и работы многих крупных бытовых приборов.

Читайте также:
10 практических советов по украшению люстрой

Конечно, несколько аккумуляторов и инверторов могут устранить эти ограничения энергии и мощности. Но стоимость 20+ киловатт инверторов и 40+ киловатт-часов аккумуляторов непомерно высока для типичного домовладельца.

Более практичным подходом является разработка системы резервного питания от батарей для питания только критических нагрузок: никаких крупных бытовых приборов, таких как кондиционеры, зарядные устройства для электромобилей на 240 вольт или электрические плиты. Вместо этого всего четыре-восемь меньших контуров в доме для охлаждения, освещения, развлечений, связи и розеток.

Наш нынешний жилой фонд потребляет много электроэнергии, а из-за множества подключенных к розетке устройств новые дома часто потребляют еще больше.

Устройства с высоким энергопотреблением являются наиболее сложными для систем резервного копирования всего дома. Потребляемая мощность большого центрального кондиционера составляет 5,000 7,000 Вт, зарядного устройства для электромобилей — 10,000 2,200 Вт, электрической плиты — XNUMX XNUMX Вт, насосов для бассейнов — XNUMX XNUMX Вт.

Пределы энергии батареи

Итак, как долго типичная солнечная и аккумуляторная система работает ночью при работе с этими более крупными приборами? Ответ: совсем недолго.

Математика проста. Если батарея разряжена до 2.5 киловатт-часов в ночное время (обычно, если батарея используется в вечернее время, чтобы максимизировать экономию собственного потребления), энергии батареи достаточно только для работы насосов бассейна в течение 60 минут, центральная Переменный ток на 30 минут, зарядное устройство для электромобиля на 20 минут или электрическая плита на 15 минут.

При работе любого из этих устройств — после относительно короткого интервала автоматического резервного копирования всего дома — батарея скоро разрядится и не сможет питать критически важные нагрузки. В лирическом выражении: Нет света. Нет телефона. Нет электромобиля. Ни одной роскоши. Как Робинзон Крузо, настолько примитивный, насколько это возможно.

Одним из возможных решений является ручное отключение нагрузки больших электроприборов во время отключения электроэнергии. К сожалению, многие отключения электроэнергии происходят днем, когда никого нет дома, или ночью, когда люди спят. Клиенты, которые пытались вручную сбрасывать нагрузки, обычно разочаровывались в своей системе резервного копирования.

Читайте также:
6 преимуществ световых таймеров и электрических таймеров | Служба OnTime

Другое решение (если позволяет бюджет домовладельца и пространство на стене) — добавить вторую аккумуляторную батарею, что эффективно удваивает продолжительность хранения энергии.

За последние несколько месяцев мы работали с клиентами, у которых были как хорошие, так и плохие ситуации с резервным питанием от батарей. Во время первого отключения электроэнергии в нашем районе, которое произошло примерно в 10:30, один клиент, использующий аппарат постоянного положительного давления в дыхательных путях (CPAP), разрядил свою аккумуляторную батарею примерно в 2 часа ночи (он начал храпеть, и его жена сказала ему спать на диван). Другой клиент использовал резервную систему для питания одной из субпанелей в своем доме и не осознавал, что произошел сбой питания, пока не разрядился аккумулятор.

Решение для обоих клиентов состояло в том, чтобы удалить несколько дискреционных цепей из своих резервных подпанелей, чтобы батарея работала всю ночь.

Пределы мощности инвертора

Максимальная выходная мощность аккумуляторного инвертора (в киловаттах) — вторая причина мифа о резервном копировании всего дома.

Большинство резервных аккумуляторных инверторов были разработаны для домашних электросетей на 200 ампер, что подразумевает максимальную выходную мощность переменного тока 7,600 Вт при подключении к сети. При питании от батареи (которая имеет ограниченную пиковую скорость разряда) эти инверторы обычно могут обеспечивать 5,000 Вт постоянной мощности или 6,000 Вт пиковой мощности (около 25 ампер).

Тем не менее, мгновенный импульсный ток запуска двигателя переменного тока или насоса часто в два или три раза превышает нормальный ток потребления, а это означает, что инвертор просто не переключится в резервный режим. Даже если батарея полностью заряжена в солнечный день, кондиционер и насос бассейна не запустятся, и ни одна из критических нагрузок не получит питание.

Проектирование систем резервного питания от солнечных батарей

Несмотря на эти энергетические, энергетические и финансовые ограничения, хорошо спроектированная солнечная и резервная система может обеспечивать электроэнергию практически бесконечно. Три элемента дизайна имеют решающее значение.

Во-первых, энергоемкость батареи (киловатт-часы) и мощность инвертора (киловатт) должны быть согласованы с потребностями дома в ночное время, когда батарея частично разряжена. Во-вторых, количество резервных цепей должно быть строго ограничено, чтобы не допустить питания слишком большого количества небольших устройств или каких-либо крупных бытовых приборов. В-третьих, размеры солнечной системы должны быть достаточными для частичной подзарядки батареи даже в пасмурный зимний день.

Читайте также:
Полное введение в эпоксидные полы | Flowcrete

Будущие технологии электрических систем умного дома будут устранять эти практические ограничения, автоматически отключая нагрузку во время отключения электроэнергии. На выставке Solar Power International 2019 компании представили интеллектуальные средства управления приборами и автоматические выключатели, которые могут автоматически отключать крупные приборы. Также была продемонстрирована технология интеллектуальных электрических панелей, которая могла автоматически управлять всеми цепями в доме.

К концу 2019 года в Калифорнии будет более 10,000 XNUMX домов и предприятий, оснащенных комбинированными системами резервного питания от солнечных батарей и аккумуляторов. Поскольку эти системы станут менее дорогими (как за счет снижения стоимости оборудования, так и за счет стимулов), они станут для людей наиболее целесообразным и эффективным способом приспособиться к новым нормам отключения электроэнергии в целях общественной безопасности.

Не говоря уже о самом чистом, безопасном и экономичном способе восстановления нашей архаичной электросети.

Как новая тепловая батарея может быстро сделать миллионы домов без газа

Как тепловая батарея Эйндховена может быстро сделать миллионы домов без газа

Олаф Адан у последнего прототипа тепловой батареи. Предоставлено: Винсент ван ден Хуген.

Необходимость отключать дома от газа возросла после конфликта на Украине. Тепловая батарея с солью и водой в качестве простых компонентов может обеспечить быстрое и крупномасштабное решение для более чем трех миллионов домохозяйств в Нидерландах, что вдвое превышает целевой показатель, установленный правительством Нидерландов. Эта тепловая батарея, разрабатываемая консорциумом Технологического университета Эйндховена, TNO, дочерней компании Cellcius и промышленных партнеров, дешева, компактна, без потерь и теперь готова к первым испытаниям в реальных условиях.

Благодаря хранению тепла в домах и использованию огромного количества промышленного отработанного тепла, которое в противном случае было бы выброшено, эта батарея может изменить правила игры для перехода к энергии. Вот четыре причины, по которым стоит зарядиться энергией перед появлением этой инновационной батареи.

1. Основа аккумулятора удивительно проста

Простой эксперимент сразу раскрывает суть тепловой батареи. Наполните маленькую бутылочку белыми крупинками соли, добавьте немного воды, и она начнет шипеть. Более того, как по волшебству, бутылка мгновенно становится невероятно горячей. Олаф Адан демонстрировал эксперимент бесчисленное количество раз, снова и снова поражая зрителей.

Читайте также:
Деревянные входные двери на заказ из Польши | Вудстон

Адан, профессор TU/e ​​и главный исследователь TNO, находится в основе тепловой батареи Эйндховена, которая по существу вращается вокруг относительно старого термохимического принципа: реакции гидрата соли с водяным паром. «Кристаллы соли поглощают воду, становятся больше и при этом выделяют тепло», — говорит Адан. Отсюда и быстро разогревающаяся бутылка.

Но возможно и обратное. «Добавляя тепло, вы испаряете воду и фактически «высушиваете» соль, тем самым уменьшая размер кристаллов соли», — объясняет Адан. Пока в этот сухой солевой порошок не попадает вода, в нем всегда сохраняется тепло. Таким образом, в отличие от других типов аккумулирования тепла, ничего не теряется: батарея полностью без потерь.

Вы можете повторять этот процесс бесконечно, так или иначе, создавая тем самым основу для тепловой батареи, которая может накапливать тепло и использовать его в более позднее время и в другом месте. Это решение для неустойчивой подачи возобновляемой энергии в дома и здания, а также для целесообразного повторного использования «отходов тепла» в другом месте.

В то время как принцип батареи может быть простым, его применение в батарее определенно не так. Обратите внимание на то, что Адан работал над этим более 12 лет. Например, выбор конкретного солевого материала не является самоочевидным. Известны тысячи реакций гидратов солей с водой. Адан очень подробно изучил их все и в конце концов обнаружил, что только очень ограниченное их количество обладает подходящими свойствами для использования в батарее.

«Подобный кристалл соли становится все больше и меньше, тепло все время входит и выходит. Значит, с такой частицей что-то происходит. В результате он может быстро распадаться или слипаться с другими частицами. Поэтому вам нужен материал, который вы сможете использовать циклически», — говорит Адан. В конце концов, он и его команда остановились на карбонате калия в качестве основы, легко экстрагируемой соли, которую можно найти во многих продуктах, таких как продукты питания, мыло или стекло.

Тогда вам также необходимо устройство, которое позволит в полной мере использовать потенциал этого материала. Если он должен поместиться в доме, он должен быть компактным и желательно доступным, а также высокоэффективным. «Итак, вы начинаете рассматривать всевозможные концепции реакторов, например, в вакууме или на открытом воздухе, но пока безуспешно», — говорит Адан.

Читайте также:
Отделка металлической пластины переключателя - лучший выбор | Пластины переключателей Кайла

Как тепловая батарея Эйндховена может быстро сделать миллионы домов без газа

Простой эксперимент в картинках. Капля воды рядом с бутылкой соли, и вдруг выделяется много тепла. Предоставлено: Винсент ван ден Хуген.

В конце концов, Адан пришел к так называемой замкнутой системе, демонстратор которой он построил в 2019 году. Эта рециркуляционная система состоит из компонентов, включая теплообменник, вентилятор, испаритель/конденсатор и котел с частицами соли. При 7 кВт-ч это все еще было довольно минимально — теоретически это могло обеспечить отопление типичной семьи из четырех человек в течение двух дней.

«Это все еще выглядело довольно просто, с существующей, зрелой технологией, но это позволило нам продемонстрировать, что наша концепция, какой бы простой она ни была, работает». Доказательства, которые позволили Адану в рамках европейского консорциума HEAT-INSYDE (включая TU/e, TNO, Caldic и стороны из Франции, Бельгии, Польши и Швейцарии) выиграть европейскую субсидию в размере семи миллионов евро для дальнейшего развития. Затем команда приступила к «обновлению» демонстратора до прототипа, готового к практическому использованию. Теперь это было достигнуто.

2. Технология оптимизирована для реального использования.

По габаритам реализованный сейчас прототип, вероятно, сравним с демонстратором, но на этом видимые сходства заканчиваются. Прототип выглядит как большой шкаф с десятками шкафчиков, из которого торчат всевозможные кабели.

Удивительно, но каждый дуэт маленьких «шкафчиков» представляет собой тепловую батарею, по емкости хранения не уступающую оригинальному демонстратору. Всего устройство содержит около 30 «шкафчиков» с общей емкостью хранения более 200 кВтч. Адан рассматривает это в перспективе: «Это эквивалентно двум полностью заряженным Теслам».

«Мы оптимизировали предыдущую версию множеством способов, — с гордостью объясняет Адан. «Мы переработали отдельные компоненты, такие как испаритель и теплообменник, лучше использовали пространство и использовали другие материалы». Между тем, блок также включает в себя систему измерения и контроля, например, чтобы вы знали, когда заряжать и сколько тепла осталось в системе.

Большинству приложений не требуется такая большая батарея. Вот почему мы сознательно выбрали те множественные маленькие блоки, которые вы можете комбинировать по своему желанию; модульная система, другими словами. «Если у вас есть один большой контейнер с солью, вы должны начать использовать его сразу. Это действительно неэффективно», — говорит Адан. Таким образом, вы можете использовать «кусочки» батареи отдельно от остальных.

Читайте также:
Как сделать искусственные камни из цемента

Кроме того, отдельные блоки предлагают всевозможные возможности дизайна, делая возможными различные формы и размеры, в зависимости от желаемой практической ситуации. Адан говорит о прототипе, ориентированном на пользователя. «Это еще не продукт, но теперь все готово для первого тестирования в реальной ситуации».

И эти испытания начнутся в конце этого года, когда в домах появятся первые пилотные образцы тепловой батареи. Аккумуляторная батарея емкостью около 70 кВтч будет установлена ​​в четырех домах, двух в Эйндховене, одном в Польше и одном во Франции, чего хватило бы на несколько дней без солнца и ветра.

Несмотря на то, что это «всего» четыре дома, Адан ожидает, что они «многому узнают из этого». Например, тестирование даст ценную информацию о том, что еще необходимо на практике для применения батареи в больших масштабах, а также о том, что об этом думает пользователь. Например, должно ли быть приложение для управления батареей?

Как тепловая батарея Эйндховена может быстро сделать миллионы домов без газа

«Замкнутая система» как основа для тепловой батареи. В нем циркулирует воздух, благодаря вентилятору (внизу по центру). В котел поступает холодный влажный воздух (белый, вверху слева), содержащий частицы соли. Реакция с солью делает воздух сухим и теплым. Теплообменник (внизу слева) отбирает тепло. Холодный воздух поступает в конденсатор, чтобы снова увлажнить его и вернуться в котел. Этот процесс также может происходить в обратном порядке, при котором сухой воздух нагревается (с помощью теплообменника), соль высушивается, становится влажной и холодной и снова высушивается с помощью испарителя. Предоставлено: Барт ван Овербеке.

3. Теплоперенос играет решающую роль в переходе к энергии

Идея, с которой все началось, заключалась в использовании тепловой батареи в качестве накопителя в домах. Тем временем, однако, консорциум также рассматривает возможность накопления тепла в офисных зданиях, теплицах или, например, электрических автобусах или роскошных кораблях.

Но, поняли они, если эта термобатарея может хранить тепло без потерь, то ее можно и транспортировать без потерь. В конце концов, с сухой солью ничего не происходит, пока не добавляется вода. Именно здесь тепловая батарея может сыграть решающую роль, потому что другие формы передачи тепла, например, по трубам или фазовым переходам, всегда приводят к потерям.

Читайте также:
Как правильно возвести крышу бани своими руками — пошаговая инструкция с фото, видео и чертежами | Строительство крыши бани

Поэтому консорциум также уделяет внимание промышленному остаточному теплу как источнику тепла, своего рода «тепловым отходам», таким как побочный продукт на заводах или избыточное тепло от центров обработки данных. Это тепло уже не такое «горячее»; при температурах ниже 150 градусов Цельсия он не имеет значения для большинства отраслей промышленности.

Однако для дома такое тепло очень полезно. Такой температуры более чем достаточно для обогрева дома или принятия горячего душа. Если бы промышленное остаточное тепло можно было использовать для обогрева домов, у вас была бы беспроигрышная ситуация: дома можно было бы сделать независимыми от газа – что еще более насущно, учитывая зависимость от (российского) газа – и CO.2 выбросы бы уменьшились.

Адан делает быстрый расчет. «В Нидерландах у нас есть около 150 петаджоулей (число с 15 нулями) остаточного тепла от промышленности в год. Это позволит вам отключить от газа почти 3.5 миллиона домов, что более чем в два раза превышает цель правительства Нидерландов, а именно 1.5 миллиона домов без газа к 2030 году».

Если вы наложите расположение источников промышленного остаточного тепла и домов на карту Нидерландов, Адан говорит, что совпадение достаточно хорошее. Между ними не более 30 километров.

Однако для тепловых сетей, на которые сейчас ориентируется правительство, это все равно слишком много. «Тепловые сети используют трубы с водой, которая охлаждает и, следовательно, ограничивает ваш радиус действия», — объясняет Адан. «Кроме того, тепловые сети сопряжены с огромным инвестиционным риском, и для их строительства необходимо вскрыть весь ландшафт — не слишком привлекательный вариант».

Таким образом, с консорциумом, включающим Cellcius (подробнее об этом чуть позже), Ennatuurlijk, Demcon, SiTech, TNO, Brightside и SABIC, Адан сейчас готовит испытание в реальных условиях для использования тепловой батареи для повторного использования промышленного остаточного тепла. Остаточное тепло из кампуса Chemelot в Sittard-Geleen будет передаваться примерно пятидесяти домам по соседству в том же муниципалитете.

Адан: «С помощью станции подзарядки тепла в SABIC мы собираем тепло и сушим соль. Затем мы везем эту соль на грузовике в нечто вроде «дома-трансформера» в жилом районе, откуда по трубам подается тепло в пятьдесят домов. Так что нам не обязательно находиться в самих домах».

Читайте также:
Котельные установки для многоквартирных домов

Как тепловая батарея Эйндховена может быстро сделать миллионы домов без газа

Прототип с «шкафчиками», каждый из которых образует отдельный модуль тепловой батареи. Предоставлено: Винсент ван ден Хуген.

И да, использование грузовиков небезопасно для климата, но Адан может всех успокоить. «Выбросы от этого ничтожны по сравнению с выбросами, которые мы сокращаем с помощью этого транспорта тепла. Кроме того, мы хотим в ближайшее время перейти на электрические грузовики».

Пилотный проект должен начаться в течение следующего года, когда первые грузовики с «энергией» смогут отправиться в путь.

4. Переход к валоризации усиливает развитие

Теперь, когда технология вот-вот будет внедрена в обществе, также были предприняты шаги с организационной и финансовой стороны. Например, спин-офф Cellcius — первый объединенный спин-офф TNO и TU/e ​​— был основан в конце 2020 года. «Компания была официально основана 11 числа 11 числа, как и положено в Брабанте», — смеется Адан в честь даты традиционного начала Карнавала.

Молодая компания еще небольшая, на данный момент в ней пять человек. Но Адан ожидает, что к концу года их число вырастет примерно до 10–15 человек. «Кроме того, из Eindhoven Engine мы привлекаем множество студентов из самых разных областей для совместной работы над различными аспектами».

После семизначного европейского гранта было также обеспечено большое дополнительное финансирование для реализации предстоящего пилотного проекта по жилью. И благодаря недавним инвестициям от Brabant Development Corporation, Innovation Industries и GoeieGrutten Impact Fund, были внесены последние штрихи в финансовую картину пилотного проекта по транспортировке тепла.

Теперь, когда Адан через Целциуса больше не участвует исключительно в качестве исследователя, но также одной ногой занимается повышением ценности, он видит, как это взаимодействие оказывает усиливающее влияние на технологию. «Поскольку вы сейчас действительно работаете над продуктом, это, в свою очередь, порождает новые вопросы для фундамента, технологии. Это прекрасный пример совместного творчества и того, как оно позволяет ускорить этот цикл».

Несмотря на многообещающие технологии, которые он имеет в своем распоряжении, Адан остается приземленным. «Несмотря на то, что потенциал велик, мы также видели много перспективных технологий, которые так и не реализовались. Так что мы собираемся твердо стоять на ногах и делать это шаг за шагом. Я здесь только с одной стороны: здорово иметь возможность внести свой вклад в энергетический переход».

Читайте также:
Спаржа - Справочник овощей - Следите за ростом своего сада - Расширение Университета Иллинойса

Цитата: Как новая батарея тепла может быстро сделать миллионы домов без газа (2022 г., 25 апреля), получено 2 декабря 2022 г. с https://techxplore.com/news/2022-04-battery-quickly-millions-homes-gas- бесплатно.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением любых честных сделок с целью частного обучения, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Содержание предоставлено исключительно в информационных целях.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: