Ванадиевые аккумуляторы для стабильной энергетики будущего
Команда ученых из Сколковского института науки и технологий (Сколтеха), Харбинского политехнического университета и Московского физико-технического института (МФТИ) добилась значительного прорыва в сфере накопления энергии. Исследователи впервые разработали математическую модель работы ванадиевого проточного аккумулятора, позволяющую точно прогнозировать его функционирование в широком диапазоне температур — от +5 до +40 °C. Данный подход открывает новые перспективы для создания эффективных и надежных энергонакопителей, способных стабильно функционировать в различных климатических зонах.
Особенность проточных аккумуляторов в том, что они способны накапливать большие объемы энергии, сглаживать скачки напряжения и поддерживать устойчивую работу электросетей, особенно в сочетании с возобновляемыми источниками энергии. Однако в условиях эксплуатации на открытом воздухе эти системы постоянно испытывают воздействие температурных перепадов. Такие колебания влияют не только на вязкость электролита, но и на его циркуляцию, напрямую сказываясь на мощности и емкости аккумулятора.
Разработка и тестирование новой математической модели
Михаил Пугач, старший научный сотрудник Центра энергетических технологий Сколтеха и руководитель исследовательской группы, отметил, что командой была создана уникальная неизотермическая динамическая модель. Она учитывает, как температура влияет на вязкость электролита, что позволяет прогнозировать основные эксплуатационные параметры батареи — от напряжения и скорости потока до концентрации ионов, емкости и максимальной мощности аккумулятора. Благодаря новому инструменту оценивать рабочие характеристики батареи теперь возможно заранее и с высокой точностью.
Для проверки разработанной модели ученые провели серию экспериментов на двух крупных аккумуляторах промышленного образца мощностью 9 и 35 кВт. Полученные данные показали: расхождение между расчетами и экспериментальными измерениями по напряжению и температуре не превысило 1% — это рекордно низкий показатель ошибки для подобных исследований. Помимо этого, анализ продемонстрировал: при понижении температуры вязкость электролита увеличивается, что приводит к снижению емкости, однако при высокой нагрузке аккумулятор за счет внутренних процессов самонагревается. В результате он способен быстро возвращать первоначальные показатели производительности всего за несколько циклов работы.
Преимущества и перспективы применения инновационной модели
Разработанная математическая модель существенно расширяет возможности по созданию инновационных систем хранения энергии. Теперь операторы энергетических сетей и инженеры могут точно подбирать оптимальные режимы эксплуатации, опираясь на реальные температурные условия, прогнозировать эффективность работы оборудования и предотвращать возможные сбои даже при нестабильном климате. В перспективе это поможет сделать энергосети более стабильными и устойчивыми к внешним воздействиям, а также ускорит развитие возобновляемой энергетики.
Кроме того, универсальность подхода позволяет адаптировать новую модель не только под ванадиевые проточные аккумуляторы, но и под системы других типов — например, для топливных элементов или альтернативных накопителей энергии. Такой подход открывает широкие горизонты для внедрения технологии в различных сферах энергетики — от локальных бытовых решений до крупных промышленных комплексов и инфраструктурных проектов.
Будущее энергетики: устойчивость и экологичность благодаря инновациям
Работы Сколтеха, Харбинского политехнического университета и МФТИ демонстрируют, что совместные научные усилия способны создавать современные инструменты для реализации новых энергосетей, способных работать в самых разных условиях. Данный научный вклад не только ускоряет технологический прогресс, но и способствует росту экологически чистых решений, доступных для широкого внедрения. Благодаря разработкам в области математического моделирования проточных аккумуляторов становятся реальностью надежные, экологичные и энергоэффективные инфраструктуры, необходимые для инновационного и устойчивого будущего.
Источник: www.gazeta.ru
