แบตเตอรี่คาร์โนต์
แบตเตอรี่คาร์โนต์เป็น ระบบ จัดเก็บพลังงานประเภทหนึ่งที่เก็บไฟฟ้า ไว้ ในแหล่งเก็บพลังงานความร้อนในระหว่างกระบวนการชาร์จ ไฟฟ้าจะถูกแปลงเป็นความร้อนและเก็บไว้ในแหล่งเก็บความร้อน ในระหว่างกระบวนการคายประจุ ความร้อนที่เก็บไว้จะถูกแปลงกลับเป็นไฟฟ้า[ 1 ] [ 2 ]เทคโนโลยีนี้ยังเป็นที่รู้จักในชื่อ พลังงานสู่ความร้อน สู่พลังงาน[ 3 ]
Fritz Marguerre ได้จดสิทธิบัตรแนวคิดของเทคโนโลยีนี้เมื่อ 100 ปีที่แล้ว[ 4 ]แต่การพัฒนาได้รับการฟื้นฟูขึ้นใหม่เมื่อไม่นานมานี้ เนื่องจากการใช้พลังงานหมุนเวียน ที่เพิ่มขึ้น และความจำเป็นในการเพิ่มพลังงานที่นำกลับมาใช้ใหม่ทั้งหมดจากแหล่งพลังงานดังกล่าว ในบริบทนี้Andre Thessได้บัญญัติศัพท์คำว่า "แบตเตอรี่คาร์โนต์" ในปี 2018 ก่อนการประชุมเชิงปฏิบัติการนานาชาติครั้งแรกเกี่ยวกับแบตเตอรี่คาร์โนต์[ 5 ]
คำว่า "แบตเตอรี่คาร์โนต์" มาจากทฤษฎีบทของคาร์โนต์ซึ่งอธิบายถึงประสิทธิภาพสูงสุดของการแปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานกลคำว่า "แบตเตอรี่" บ่งชี้ว่าจุดประสงค์ของเทคโนโลยีนี้คือการเก็บไฟฟ้า ประสิทธิภาพการคายประจุของแบตเตอรี่คาร์โนต์ถูกจำกัดโดยประสิทธิภาพของคาร์โนต์แนวคิดของแบตเตอรี่คาร์โนต์ครอบคลุมเทคโนโลยีต่างๆ เช่นการเก็บพลังงานความร้อนแบบสูบน้ำและการเก็บพลังงานอากาศเหลว[ 6 ] [ 7 ]
พื้นหลัง
ในการเปลี่ยนผ่านไปสู่ระบบพลังงานคาร์บอนต่ำ การแทรกซึมของพลังงานหมุนเวียนแบบแปรผันในระบบพลังงานไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ความต้องการการจัดเก็บพลังงาน เพิ่มขึ้น ปัจจุบัน ความจุในการจัดเก็บพลังงานที่ติดตั้งใหม่ส่วนใหญ่มาจากแบตเตอรี่ ไฟฟ้า เคมี เช่น แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แบตเตอรี่ประเภทนี้เหมาะสำหรับการจัดเก็บระยะสั้น แต่อาจไม่คุ้มค่าในระยะยาวเนื่องจากมีความหนาแน่นของพลังงานสูงและต้นทุนที่เกี่ยวข้อง[ 8 ] การจัดเก็บพลังงานความร้อนสามารถจัดเก็บพลังงานในวัสดุราคาไม่แพง เช่น น้ำ หิน และเกลือ ดังนั้น ต้นทุนสำหรับระบบขนาดใหญ่ (เช่น กิกะวัตต์ชั่วโมง) จึงอาจต่ำกว่าต้นทุนของแบตเตอรี่ไฟฟ้าเคมี[ 9 ]
ศูนย์การบินและอวกาศเยอรมัน (DLR)และมหาวิทยาลัยสตุทการ์ทได้ทำงานเกี่ยวกับแนวคิดของแบตเตอรี่คาร์โนต์ที่เก็บไฟฟ้าไว้ในระบบเก็บความร้อนอุณหภูมิสูงมาตั้งแต่ปี 2014 [ 9 ] ในปี 2018 ชื่อ "แบตเตอรี่คาร์โนต์" ถูกนำมาใช้ในงานHannover Messe [ 10 ] ซึ่งเป็นหนึ่งในงานแสดงสินค้าที่ใหญ่ที่สุดในโลก โดย DLR [ 9 ]
การกำหนดค่าระบบ
ระบบแบตเตอรี่คาร์โนต์สามารถแบ่งออกได้เป็นสามส่วน ได้แก่ การแปลงพลังงานเป็นความร้อน (P2T), การกักเก็บพลังงานความร้อน (TES) และการแปลงความร้อนเป็นพลังงาน (T2P)
เทคโนโลยีการแปลงไฟฟ้าเป็นความร้อน
ไฟฟ้าสามารถแปลงเป็นความร้อนได้โดยใช้เทคโนโลยีต่างๆ[ 1 ]
- การให้ความร้อนแบบต้านทาน
- ปั๊มความร้อนเป็นเทคโนโลยีที่ใช้ในการสูบความร้อนจากแหล่งเก็บความร้อนที่มีอุณหภูมิต่ำไปยังแหล่งเก็บความร้อนที่มีอุณหภูมิสูงกว่า สามารถแบ่งออกได้เป็นสองกลุ่ม คือ วงจรแรงค์ไคน์แบบย้อนกลับและ วงจรเบรย์ตัน แบบย้อนกลับ
- วงจรแรงไคน์แบบย้อนกลับถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในปั๊มความร้อนแบบดั้งเดิม
- แนวคิดการใช้รอบ Brayton สำหรับการชาร์จและปล่อยพลังงานความร้อนได้รับการเสนอโดยศาสตราจารย์Robert B. Laughlinในปี 2017 [ 11 ]
- อื่นๆ: ในระบบกักเก็บพลังงานอากาศเหลว จะใช้ Claude Cycleเพื่อทำให้อากาศกลายเป็นของเหลว กระบวนการ Lamm–Honigmann ใช้เทอร์โมเคมีไซเคิลในการแปลงพลังงานเป็นความร้อน[ 12 ]
การกักเก็บพลังงานความร้อน
ตามกลไกการกักเก็บความร้อน การกักเก็บพลังงานความร้อนสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภท ได้แก่การกักเก็บความร้อน สัมผัส การกักเก็บ ความร้อนแฝงและ การกักเก็บ ความร้อนทางเคมีวัสดุที่ใช้ในการกักเก็บพลังงานในแบตเตอรี่คาร์โนต์ ได้แก่:
- น้ำร้อน
- เกลือหลอมเหลว
- หินอัดแน่น
- อากาศเหลว
- การเก็บพลังงานความร้อนแฝง[ 13 ]
- วัสดุเทอร์โมเคมี (คู่ของสารเคมี) เช่น LiBr/H O และ H O/NH [ 12 ]
ความร้อนแปลงเป็นไฟฟ้า
ความร้อนสามารถแปลงเป็นพลังงานได้ผ่านวัฏจักรเทอร์โมไดนามิก เช่น วัฏจักรแรงไคน์หรือวัฏจักรเบรย์ตัน เทคโนโลยีบางอย่างใช้คุณสมบัติของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ในการแปลงความร้อนเป็นไฟฟ้า และเทคโนโลยีเหล่านี้ไม่ถือว่าเป็นแบตเตอรี่คาร์โนต์ เนื่องจากไม่มีวัฏจักรเทอร์โมไดนามิกเกี่ยวข้องในกระบวนการแปลง เช่นวัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกและ "ดวงอาทิตย์ในกล่อง" [ 14 ]เทคโนโลยีทั่วไปได้แก่:
- เครื่องยนต์ความร้อน
- กังหันไอน้ำ
- กังหันก๊าซ[ 15 ]
- เครื่องปั่นแบบ Rankine อินทรีย์
- กระบวนการ Lamm-Honigmannสามารถแปลงพลังงานที่เก็บไว้ในระบบจัดเก็บความร้อนเคมีให้เป็นไฟฟ้าได้[ 12 ]
องค์ประกอบเหล่านี้สามารถนำมาผสมผสานกันได้หลายวิธี การวิเคราะห์การผสมผสานพบว่าการออกแบบที่เหมาะสมที่สุดมีประสิทธิภาพ 57% และต้นทุนการจัดเก็บที่ระดับ (LCOS)อยู่ที่ 0.649 ยูโร (0.73 ดอลลาร์สหรัฐ)/กิโลวัตต์ชั่วโมง ประสิทธิภาพสูงสุดถึง 81% เป็นไปได้[ 16 ]
ข้อดีและข้อเสีย
แบตเตอรี่คาร์โนต์เป็นที่รู้จักกันในชื่ออื่น ๆ อีกหลายชื่อ เช่น ระบบกักเก็บไฟฟ้าด้วยความร้อนแบบสูบ (PTES) หรือระบบกักเก็บไฟฟ้าด้วยความร้อนแบบสูบ (PHES) [ 17 ]เทคโนโลยีที่ค่อนข้างใหม่นี้ได้กลายเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีการกักเก็บพลังงานขนาดใหญ่
ข้อดีหลักของแบตเตอรี่คาร์โนต์คือ: [ 18 ]
- เลือกสถานที่ได้ตามสะดวก;
- ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อย;
- อายุขัยเฉลี่ย 20-30 ปี
- มีระบบสำรองไฟราคาประหยัดให้เลือกใช้ (เป็นทางเลือกเสริม)
- ชิ้นส่วนต่างๆ จากโรงไฟฟ้าพลังงานฟอสซิล ที่ไม่ได้ใช้งานอย่างเต็มที่ สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้บางส่วนเพื่อสร้างหน่วยแบตเตอรี่คาร์โนต์
ข้อเสียที่สำคัญของเทคโนโลยีนี้คือ: [ 19 ]
- ประสิทธิภาพการเดินทางไปกลับที่จำกัด𝜂 ซึ่งเกี่ยวข้องกับไฟฟ้าW ที่ส่งมอบระหว่างการคายประจุกับไฟฟ้าW ที่จำเป็นในการชาร์จระบบ แบตเตอรี่คาร์โนต์โดยทั่วไปมุ่งเป้าไปที่ช่วงประสิทธิภาพ 40-70% ซึ่งต่ำกว่าพลังงานไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับ (65-85%) อย่างมาก [ 20 ]
แอปพลิเคชัน
แบตเตอรี่คาร์โนต์สามารถใช้เป็นระบบกักเก็บพลังงานในโครงข่ายไฟฟ้าเพื่อกักเก็บพลังงานส่วนเกินจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่มีความผันแปร และผลิตกระแสไฟฟ้าเมื่อจำเป็น
ระบบแบตเตอรี่คาร์โนต์บางระบบสามารถใช้ความร้อนหรือความเย็นที่เก็บไว้เพื่อการใช้งานอื่นๆ เช่นการทำความร้อนและความเย็นสำหรับศูนย์ข้อมูล
แบตเตอรี่คาร์โนต์ได้รับการเสนอให้เป็นวิธีแก้ปัญหาในการเปลี่ยนโรงไฟฟ้าถ่านหิน ที่มีอยู่ ให้เป็น ระบบผลิตไฟฟ้าที่ปราศจาก เชื้อเพลิงฟอสซิลโดยการแทนที่หม้อไอน้ำที่ใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิง[ 21 ] [ 22 ]สามารถใช้สิ่งอำนวยความสะดวกที่มีอยู่แล้วในโรงไฟฟ้า เช่น ระบบผลิตไฟฟ้าและระบบส่งไฟฟ้าได้
รายชื่อโครงการแบตเตอรี่คาร์โนต์
แม้ว่าคำว่าแบตเตอรี่คาร์โนต์จะเป็นคำใหม่ แต่เทคโนโลยีที่มีอยู่หลายอย่างสามารถจัดอยู่ในประเภทแบตเตอรี่คาร์โนต์ได้[ 8 ]
- การกักเก็บพลังงานจากอากาศเหลว: ไฮวิว พาวเวอร์มหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮม
- การจัดเก็บพลังงานคาร์บอนไดออกไซด์เหลว: Energy Domeซึ่งตั้งอยู่ในมิลาน[ 23 ]
- ระบบกักเก็บพลังงานความร้อนแบบสูบน้ำ: บริษัท มอลตา อิงค์ , มหาวิทยาลัยเดอร์แฮม
- ระบบกักเก็บพลังงานความร้อนไฟฟ้า: Siemens Gamesa , ห้องปฏิบัติการพลังงานหมุนเวียนแห่งชาติ
- ปั๊มความร้อนแบบกลับทิศทางได้ / ORC: มหาวิทยาลัย Liège [ 24 ]
- การจัดเก็บพลังงาน Lamm-Honigmann: Technische Universität Berlin [ 25 ]
- การวิจัยแบตเตอรี่คาร์โนต์: มหาวิทยาลัยเทคนิคเช็กในปราก - UCEEB [ 26 ]
ดูเพิ่มเติม
- 1 2 Dumont, Olivier; Frate, Guido Francesco; Pillai, Aditya; Lecompte, Steven; De paepe, Michel; Lemort, Vincent (2020). "เทคโนโลยีแบตเตอรี่คาร์โนต์: บทวิจารณ์สถานะปัจจุบัน". Journal of Energy Storage . 32 101756. Bibcode : 2020JEnSt..3201756D . doi : 10.1016/j.est.2020.101756 . hdl : 2268/251473 . ISSN 2352-152X . S2CID 225019981 .
- ↑ "รายงานฉบับสุดท้ายของโครงการ Task 36 แบตเตอรี่คาร์โนต์" โครงการความร่วมมือด้านเทคโนโลยีการจัด เก็บพลังงาน องค์การพลังงานระหว่างประเทศ 2023 สืบค้นเมื่อ29 ตุลาคม 2024
- ↑ Guccione, Salvatore; Guedez, Rafael (15 ธันวาคม 2024). "การวิเคราะห์ทางเทคนิคและเศรษฐกิจของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนแล้วผลิตพลังงานใหม่: การกำหนดรูปแบบการผสมผสานที่เหมาะสมที่สุดของระบบกักเก็บพลังงานความร้อนและวงจรพลังงาน"พลังงาน312 133500. doi : 10.1016 / j.energy.2024.133500 . ISSN 0360-5442 .
- ↑มาร์เกร์ เอฟ., « อูเบอร์ ไอน์ นอยส์ แฟร์ฟาห์เรน ซูร์ เอาฟชเปเชรุง อิเลคทริสเชอร์ เอเนอร์กี. Mitteilungen der Vereinigung der Elektrizitätswerke 1924;354(55):27e35.
- ↑ "การประชุมเชิงปฏิบัติการนานาชาติเรื่องแบตเตอรี่คาร์โนต์" . เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 2021-05-18 . เรียกดูเมื่อ2020-10-29 .
- ↑ "ระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่คาร์โนต์: โซลูชันที่คุ้มค่าและยืดหยุ่นกว่าสำหรับการกักเก็บพลังงานในระดับโครงข่ายไฟฟ้า" Rushlight Events. 30 มกราคม 2019. สืบค้นเมื่อ29 ตุลาคม 2020 .
- ↑ Steinmann, Wolf-Dieter; Jockenhöfer, Henning; Bauer, Dan (2019). "การวิเคราะห์ทางเทอร์โมไดนามิกของแนวคิดแบตเตอรี่คาร์โนต์อุณหภูมิสูง"เทคโนโลยีพลังงาน8 ( 3) 1900895. doi : 10.1002/ente.201900895 . ISSN 2194-4288 .
- 1 2จอช แมคทิก (4 ธันวาคม 2019) "“แบตเตอรี่คาร์โนต์สำหรับการจัดเก็บพลังงานไฟฟ้า” (PDF) สืบค้นเมื่อ 29 ตุลาคม 2020
- 1 2 3 "แบตเตอรี่คาร์โนต์: ระบบจัดเก็บพลังงานราคาประหยัดและไม่ขึ้นกับสถานที่ ในช่วงกิกะวัตต์ชั่วโมง"ศูนย์การบินและอวกาศแห่งเยอรมนี (DLR) 2018
- ↑ "งานแสดงสินค้าอุตสาหกรรมฮันโนเวอร์ (Hannover Messe), 23-27 เมษายน 2561 "
- ↑ Laughlin, Robert B. (2017). "ระบบกักเก็บความร้อนแบบสูบน้ำร่วมกับการแลกเปลี่ยนความร้อน"วารสารพลังงานหมุนเวียนและยั่งยืน9 ( 4): 044103. doi : 10.1063/1.4994054 . ISSN 1941-7012 .
- 1 2 3 Thiele, Elisabeth; Jahnke, Anna; Ziegler, Felix (2020). "ประสิทธิภาพของระบบกักเก็บพลังงานความร้อนเคมี Lamm–Honigmann" Thermal Science and Engineering Progress . 19 100606. Bibcode : 2020TSEP...1900606T . doi : 10.1016/j.tsep.2020.100606 . ISSN 2451-9049 . S2CID 225010799 .
- ↑ "แบตเตอรี่คาร์โนต์เครื่องแรกของโลกเก็บพลังงานไฟฟ้าในรูปความร้อน" . โครงการริเริ่มด้านโซลูชันพลังงานของเยอรมนี. 20 กันยายน 2020. สืบค้นเมื่อ29 ตุลาคม 2020 .
- ↑เจนนิเฟอร์ ชู (5 ธันวาคม 2018) "“‘ดวง อาทิตย์ในกล่อง’ จะเก็บพลังงานหมุนเวียนไว้สำหรับระบบส่งไฟฟ้า”สำนักงานข่าว MIT สืบค้นเมื่อ30 ตุลาคม 2020
- ↑ Holy, Felix; Textor, Michel; Lechner, Stefan (2021-12-01). "แนวคิดการผลิตพลังงานร่วมด้วยกังหันก๊าซสำหรับการระบายพลังงานความร้อนอุณหภูมิสูงแบบไร้แรงดัน"วารสารการจัดเก็บพลังงาน 44 103283. Bibcode : 2021JEnSt..4403283H . doi : 10.1016 /j.est.2021.103283 . ISSN 2352-152X . S2CID 241770227 .
- ↑ Kahana, Lior (26 พฤษภาคม 2025). "การเพิ่มประสิทธิภาพแบตเตอรี่คาร์โนต์สำหรับการจัดเก็บพลังงานหมุนเวียน" . การจัดเก็บพลังงาน .
- ↑ Zhao, Yongliang; Song, Jian; Liu, Ming; Zhao, Yao; Olympios, Andreas V.; Sapin, Paul; Yan, Junjie; Markides, Christos N. (2022-03-01). " การประเมินทางเทอร์โมเศรษฐศาสตร์ของระบบกักเก็บไฟฟ้าแบบสูบน้ำโดยใช้วัสดุกักเก็บความร้อนสัมผัส"พลังงานหมุนเวียน186 : 431– 456. Bibcode : 2022REne..186..431Z . doi : 10.1016/j.renene.2022.01.017 . hdl : 10044/1/93407 . ISSN 0960-1481 .
- ↑ W.-D. Steinmann, D. Bauer, H. Jockenhöfer และ M. Johnson, « การกักเก็บพลังงานความร้อนแบบสูบน้ำ (PTES) ในฐานะเทคโนโลยีเชื่อมโยงภาคส่วนอัจฉริยะสำหรับความร้อนและไฟฟ้า », Energy, เล่มที่ 183, หน้า 185‑190, กันยายน 2019, doi: 10.1016/j.energy.2019.06.058
- ↑ WD Steinmann, « แนวคิด CHEST (Compressed Heat Energy STorage) สำหรับการจัดเก็บพลังงานความร้อนเชิงกลในระดับโรงงาน », Energy, เล่มที่ 69, หน้า 543‑552, พฤษภาคม 2014, doi: 10.1016/j.energy.2014.03.049
- ↑ A. Koen และ PF Antunez, « วิธีการใช้ความร้อนในการจัดเก็บพลังงานหมุนเวียน », The Conversation. http://theconversation.com/how-heat-can-be-used-to-store-renewable-energy-130549 (สืบค้นเมื่อ 27 กุมภาพันธ์ 2020).
- ↑ Susan Kraemer (16 เมษายน 2019). "สร้างแบตเตอรี่คาร์โนต์ด้วยการจัดเก็บพลังงานความร้อนจากเกลือหลอมเหลวในโรงไฟฟ้าถ่านหินเก่า" SolarPACES.
- ↑ "การสัมมนาออนไลน์เรื่องแบตเตอรี่คาร์โนต์" (PDF) . ATA insights. เมษายน 2019. เก็บถาวรจากต้นฉบับ(PDF)เมื่อวันที่ 4 ธันวาคม 2020. เรียกดูเมื่อวันที่ 29 ตุลาคม 2020 .
- ↑ Waltz, Emily (2025-12-21). "แบตเตอรี่ CO2 ที่เก็บพลังงานจากโครงข่ายไฟฟ้ากำลังได้รับความนิยมทั่วโลก - IEEE Spectrum" . spectrum.ieee.org . สืบค้นเมื่อ2025-12-21 .
- ↑ Olivier Dumont; Vincent Lemort (กันยายน 2020). "ผลการทดลองครั้งแรกของแบตเตอรี่คาร์โนต์แบบบูรณาการความร้อนโดยใช้ปั๊มความร้อนแบบผันกลับได้ / วงจรแรงค์ไคน์อินทรีย์"การประชุม: การประชุมเชิงปฏิบัติการนานาชาติครั้งที่ 2 เกี่ยวกับแบตเตอรี่คาร์โนต์ 2020 สืบค้นเมื่อ 29 ตุลาคม 2020
- ↑ "เว็บไซต์โครงการ" . มหาวิทยาลัยเทคนิคเบอร์ลิน. เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อวันที่ 15 เมษายน 2021 . เรียกดูเมื่อวันที่ 15 เมษายน 2021 .
- ↑ "เว็บไซต์ของ UCEEB "
ลิงก์ภายนอก
- การประชุมเชิงปฏิบัติการนานาชาติครั้งที่ 2 เรื่องแบตเตอรี่คาร์โนต์ มหาวิทยาลัยสตุทการ์ท วันที่ 15-16 กันยายน 2020 เก็บถาวรเมื่อวันที่ 21 ตุลาคม 2020 ที่Wayback Machine
- การประชุมเชิงปฏิบัติการนานาชาติเรื่องแบตเตอรี่คาร์โนต์ เมืองสตุทการ์ท ประเทศเยอรมนี วันที่ 9-10 ตุลาคม 2561 เก็บถาวรเมื่อวันที่ 18 พฤษภาคม 2564 ที่Wayback Machine