Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлено с теплового хранилища )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Аккумуляторная башня централизованного теплоснабжения от Тайсс возле Кремс-ан-дер-Донау в Нижней Австрии с тепловой мощностью 2 ГВтч
Башня для хранения тепловой энергии открыта в 2017 году в Бозен-Больцано , Южный Тироль , Италия.
Строительство резервуаров для соли, которые обеспечивают эффективное накопление тепловой энергии [1], так что выход может быть обеспечен после захода солнца, а выход может быть запланирован для удовлетворения требований спроса. [2] Электростанция Solana мощностью 280 МВт рассчитана на шесть часов хранения энергии. Это позволяет предприятию вырабатывать около 38 процентов своей номинальной мощности в течение года. [3]

Накопление тепловой энергии ( TES ) достигается с помощью самых разных технологий. В зависимости от конкретной технологии он позволяет хранить и использовать избыточную тепловую энергию спустя часы, дни, месяцы в масштабах, начиная от отдельного процесса, здания, многопользовательского здания, района, города или региона. Примеры использования: балансирование потребности в энергии между дневным и ночным временем, сохранение летнего тепла для отопления зимой или зимнего холода для летнего кондиционирования воздуха ( сезонное накопление тепловой энергии ). Среды для хранения включают резервуары для воды или ледяной каши, массы естественной земли или коренных пород, доступ к которым осуществляется с помощью теплообменников через скважины, глубокие водоносные горизонты.заключен между непроницаемыми пластами; неглубокие ямы с футеровкой, заполненные гравием и водой и изолированные сверху, а также эвтектические растворы и материалы с фазовым переходом . [4] [5]

Другие источники тепловой энергии для хранения включают тепло или холод, вырабатываемые тепловыми насосами в непиковое время с более дешевой электроэнергией, практика, называемая пиковым сокращением нагрузки ; тепло от ТЭЦ; тепло, производимое возобновляемой электроэнергией, которое превышает потребности сети, и отходящее тепло промышленных процессов. Накопление тепла, как сезонное, так и краткосрочное, считается важным средством для дешевого уравновешивания высоких долей переменного производства электроэнергии из возобновляемых источников и интеграции секторов электроэнергии и отопления в энергетические системы, почти или полностью питаемые за счет возобновляемых источников энергии. [6] [7] [8]

Категории [ править ]

Различные виды аккумулирования тепловой энергии можно разделить на три отдельные категории: явное тепло, скрытое тепло и термохимическое аккумулирование тепла. У каждого из них есть свои преимущества и недостатки, которые определяют их применение.

Явное хранение тепла [ править ]

Явное аккумулирование тепла (СВС) - самый простой метод. Это просто означает, что температура какой-либо среды либо повышается, либо понижается. Этот тип хранилища является наиболее коммерчески доступным из трех, поскольку другие все еще исследуются и разрабатываются.

Материалы, как правило, недорогие и безопасные. Один из самых дешевых и наиболее часто используемых вариантов - это резервуар для воды, но такие материалы, как расплавленные соли или металлы, могут нагреваться до более высоких температур и, следовательно, обеспечивают более высокую емкость. Энергия также может храниться под землей (UTES), либо в подземном резервуаре, либо в каком-либо теплоносителе (HTF), протекающем по системе труб, расположенных вертикально в U-образной форме (скважины) или горизонтально в траншеях. Еще одна система известна как накопитель с уплотненным слоем (или слоем из гальки), в котором некоторая жидкость, обычно воздух, протекает через слой неплотно уплотненного материала (обычно камня, гальки или керамического кирпича) для добавления или отвода тепла.

Недостатком СВС является его зависимость от свойств носителя информации. Емкость аккумуляторов ограничена его удельной теплоемкостью, и система должна быть правильно спроектирована, чтобы обеспечивать извлечение энергии при постоянной температуре. [9]

Расплавленная соляная технология[ редактировать ]

Теплосодержание из расплавленной соли также используется для хранения солнечной энергии при высокой температуре. Это называется технологией расплавленных солей или накоплением энергии в расплавленных солях (MSES). Расплавленные соли можно использовать в качестве способа хранения тепловой энергии для сохранения тепловой энергии. В настоящее время это коммерчески используемая технология для хранения тепла, собираемого концентрированной солнечной энергией (например, от солнечной башни или солнечного желоба ). Позднее тепло можно преобразовать в перегретый пар для питания обычных паровых турбин и выработки электроэнергии в плохую погоду или ночью. Это было продемонстрировано в Solar Two.проект 1995–1999 гг. По оценкам, проведенным в 2006 году, годовая эффективность составит 99%, что соответствует энергии, сохраняемой за счет накопления тепла перед превращением его в электричество, по сравнению с прямым преобразованием тепла в электричество. [10] [11] [12] Различные эвтектические смеси используют различные соли (например, нитрат натрия , нитрат калия и нитрат кальция ). Опыт работы с такими системами существует в приложениях, не связанных с солнечной энергией, в химической и металлургической промышленности в качестве теплоносителя.

Соль плавится при 131 ° C (268 ° F). Он хранится в жидком состоянии при температуре 288 ° C (550 ° F) в изолированном «холодном» резервуаре для хранения. Жидкая соль перекачивается через панели солнечного коллектора, где сфокусированное солнце нагревает ее до 566 ° C (1051 ° F). Затем его отправляют в резервуар для горячего хранения. При надлежащей изоляции резервуара тепловая энергия может сохраняться до недели. [13] Когда требуется электричество, горячая соль перекачивается в обычный парогенератор для производства перегретого пара для приведения в действие обычной турбогенераторной установки, используемой на любой угольной, нефтяной или атомной электростанции. Для турбины мощностью 100 мегаватт потребуется резервуар высотой около 9,1 метра (30 футов) и диаметром 24 метра (79 футов), чтобы она могла работать в течение четырех часов по этой конструкции.

Единый резервуар с разделительной пластиной для хранения как холодной, так и горячей расплавленной соли находится в стадии разработки. [14] Это более экономично за счет достижения 100% большего накопления тепла на единицу объема по сравнению с системой с двумя резервуарами, поскольку резервуар для хранения расплавленной соли является дорогостоящим из-за своей сложной конструкции. Материалы с фазовым переходом (PCM) также используются для накопления энергии в виде расплавов солей [15], в то время как исследования по получению стабилизированных по форме PCM с использованием матриц с высокой пористостью продолжаются. [16]

Несколько параболические корыта электростанции в Испании [17] и солнечная башня питания разработчик SolarReserve использовать эту концепцию тепловой хранения энергии. Генерирующая станция Solana в США может хранить 6 часов стоимости генерирующих мощностей в расплавленной соли. Летом 2013 года на солнечной энергетической башне / заводе по производству расплавленной соли Gemasolar Thermosolar в Испании была впервые произведена непрерывная выработка электроэнергии 24 часа в сутки в течение 36 дней. [18]

Хранение тепла в резервуарах или каменных пещерах [ править ]

См. Также: Паровой аккумулятор

Паровой аккумулятор состоит из изолированной емкости под давлением стали, содержащей горячую воду и пар под давлением. В качестве накопителя тепла он используется для обеспечения производства тепла переменным или постоянным источником в результате переменного спроса на тепло. Паровые аккумуляторы могут сыграть важную роль в хранении энергии в проектах солнечной тепловой энергии.

См. Также: Бак для горячей воды

В Скандинавии широко используются большие склады для хранения тепла в течение нескольких дней, разделения производства тепла и электроэнергии и удовлетворения пикового спроса. Межсезонное хранение в пещерах было исследовано и оказалось экономичным [19] и играет значительную роль в отоплении в Финляндии . Helen Oy оценивает мощность в 11,6 ГВтч и тепловую мощность 120 МВт для своегоЦистерна объемом 260 000 м 3 под Мустиккамаа (полностью заряжена или выгружена за 4 дня при полной загрузке ), работает с 2021 года, чтобы компенсировать дни пика производства / спроса; [20] в то время как300000 м 3 каменных пещер50 м ниже уровня моря в Круунувуоренранте (недалеко от Лааясало ) были предназначены в 2018 году для хранения тепла летом от теплой морской воды и отвода его зимой для централизованного теплоснабжения . [21]

Технология горячего кремния [ править ]

Твердый или расплавленный кремний обеспечивает гораздо более высокие температуры хранения, чем соли, что приводит к большей емкости и эффективности. Он исследуется как возможная более энергоэффективная технология хранения. Кремний может хранить более 1 МВт-ч энергии на кубический метр при 1400 ° C. Дополнительным преимуществом является относительное обилие кремния по сравнению с солями, используемыми для той же цели. [22] [23]

Аккумулятор тепловой энергии из расплавленного кремния в настоящее время разрабатывается австралийской компанией 1414 Degrees как более энергоэффективная технология хранения с комбинированным выходом тепла и электроэнергии ( когенерация ).

Расплавленный алюминий [ править ]

Еще одна среда, которая может хранить тепловую энергию, - это расплавленный (переработанный) алюминий. Эта технология была разработана шведской компанией Azelio. Материал нагревается до 600 ° C. При необходимости энергия передается в двигатель Стирлинга с помощью теплоносителя.

Накопление тепла в горячих камнях или бетоне [ править ]

Вода имеет одну из самых высоких теплоемкостей - 4,2 Дж / (см 3 K), тогда как бетон имеет около одной трети этой теплоемкости. С другой стороны, бетон можно нагреть до гораздо более высоких температур (1200 ° C), например, с помощью электрического нагрева, и поэтому он имеет гораздо более высокую общую объемную емкость. Таким образом, в приведенном ниже примере изолированный куб размером около2,8 м 3 могут обеспечить достаточно места для хранения одного дома, чтобы удовлетворить 50% потребности в отоплении. В принципе, это можно было бы использовать для хранения излишков тепла ветра или солнца из-за способности электрического нагрева достигать высоких температур. На уровне микрорайонов солнечная энергетика Wiggenhausen-Süd в Фридрихсхафене на юге Германии привлекла международное внимание. Это имеет12000 м 3 (420 000 куб. Футов ) железобетонный тепловой склад, связанный с4300 м 2 (46 000 квадратных футов ) солнечных коллекторов, которые будут снабжать 570 домов примерно 50% отопления и горячей воды. Siemens-Gamesa построила около Гамбурга теплоаккумулятор мощностью 130 МВтч с температурой базальта 750 ° C и электрической мощностью 1,5 МВт. [24] [25] Аналогичная система запланирована для Сорё , Дания , при этом 41–58% накопленного 18 МВт тепла будет возвращено для централизованного теплоснабжения города , а 30–41% будет возвращено в виде электричества. [26]

Скрытое хранение тепла [ править ]

Поскольку скрытое аккумулирование тепла (LHS) связано с фазовым переходом, общий термин для связанных сред - это материал с фазовым переходом (PCM). Во время этих переходов можно добавлять или отводить тепло, не влияя на температуру материала, что дает ему преимущество перед СВС-технологиями. Емкость хранилища также часто выше.

Существует множество доступных PCM, включая, помимо прочего, соли, полимеры, гели, парафиновые воски и металлические сплавы, каждый из которых обладает различными свойствами. Это позволяет проектировать систему более целенаправленно. Поскольку при температуре плавления PCM процесс является изотермическим, материал можно выбирать так, чтобы он имел желаемый диапазон температур. Желательные качества включают высокую скрытую теплоту и теплопроводность. Кроме того, блок хранения может быть более компактным, если изменения объема во время фазового перехода незначительны.

В дальнейшем ПКМ подразделяются на органические, неорганические и эвтектические материалы. По сравнению с органическими ПКМ неорганические материалы менее воспламеняемы, дешевле и более доступны. Они также обладают более высокой емкостью и теплопроводностью. С другой стороны, органические ПКМ менее агрессивны и не так подвержены фазовому расслоению. Эвтектические материалы, поскольку они представляют собой смеси, легче поддаются регулировке для получения определенных свойств, но имеют низкую скрытую и удельную теплоемкость.

Еще одним важным фактором в LHS является инкапсуляция PCM. Некоторые материалы более подвержены эрозии и утечкам, чем другие. Система должна быть тщательно спроектирована, чтобы избежать ненужных потерь тепла. [9]

Технология сплавов с зазором смешиваемости [ править ]

Сплавы с зазором смешиваемости [27] основаны на фазовом превращении металлического материала (см. Скрытая теплота ) для хранения тепловой энергии. [28]

Вместо того, чтобы перекачивать жидкий металл между резервуарами, как в системе с расплавом соли, металл заключен в другой металлический материал, с которым он не может сплавиться ( несмешивающийся ). В зависимости от двух выбранных материалов (материал с фазовым переходом и герметизирующий материал) плотность хранения может составлять от 0,2 до 2 МДж / л.

Рабочая жидкость, обычно вода или пар, используется для передачи тепла в систему и из нее. Теплопроводность сплавов с зазором смешиваемости часто выше (до 400 Вт / (м⋅К)), чем у конкурирующих технологий [29] [30], что означает более быструю «зарядку» и «разрядку» накопителя тепла. Технология пока не получила широкого распространения.

Ледяная технология [ править ]

Основная статья: Кондиционер для хранения льда

Разрабатывается несколько приложений, в которых лед производится в непиковые периоды и используется для охлаждения в более позднее время. Например, кондиционирование воздуха можно обеспечить более экономично, если использовать дешевую электроэнергию в ночное время, чтобы заморозить воду до состояния льда, а затем использовать охлаждающую способность льда днем, чтобы снизить потребление электроэнергии, необходимой для удовлетворения потребностей в кондиционировании воздуха. Для хранения тепловой энергии с использованием льда используется большое количество тепла плавления воды. Исторически лед транспортировали из гор в города для использования в качестве охлаждающей жидкости. Одна метрическая тонна воды (= один кубический метр) может хранить 334 миллиона джоулей (МДж) или  317000 БТЕ.(93 кВтч). Относительно небольшое хранилище может вместить достаточно льда, чтобы охладить большое здание в течение дня или недели.

Помимо использования льда в системах прямого охлаждения, он также используется в системах отопления на основе тепловых насосов. В этих приложениях энергия фазового перехода обеспечивает очень значительный слой теплоемкости, близкий к нижнему диапазону температур, в котором могут работать тепловые насосы с водяным источником. Это позволяет системе выдерживать самые тяжелые условия тепловой нагрузки и продлевает период времени на элементы источника энергии могут отдавать тепло обратно в систему.

Криогенное хранилище энергии [ править ]

Основная статья: Криогенное хранилище энергии

В криогенных накопителях энергии в качестве накопителя энергии используется сжижение воздуха или азота .

Пилотная криогенная энергетическая система, использующая жидкий воздух в качестве накопителя энергии и низкопотенциальное отработанное тепло для ускорения теплового расширения воздуха, работала на электростанции в Слау , Великобритания, в 2010 году [31].

Термохимическое хранение тепла [ править ]

Термохимическое накопление тепла (TCS) включает своего рода обратимую экзотермическую / эндотермическую химическую реакцию с термохимическими материалами (TCM). В зависимости от реагентов этот метод может обеспечить даже более высокую емкость хранения, чем LHS.

В одном типе TCS для разложения определенных молекул применяется тепло. Затем продукты реакции разделяются и при необходимости снова перемешиваются, что приводит к высвобождению энергии. Некоторыми примерами являются разложение оксида калия (в диапазоне 300-800 градусов C, с тепловым разложением 2,1 МДж / кг), оксида свинца (300-350 градусов C, 0,26 МДж / кг) и гидроксида кальция (выше 450 градусов C, где скорость реакции может быть увеличена путем добавления цинка или алюминия). Также можно использовать фотохимическое разложение нитрозилхлорида, и, поскольку для его возникновения необходимы фотоны, он особенно хорошо работает в сочетании с солнечной энергией. [9]

Адсорбционное (или сорбционное) солнечное отопление и хранение[ редактировать ]

Адсорбционные процессы также попадают в эту категорию. Его можно использовать не только для хранения тепловой энергии, но и для контроля влажности воздуха. Для этой цели хорошо подходят цеолиты (микропористые кристаллические алюмосиликаты) и силикагели. В жарких и влажных средах эта технология часто используется в сочетании с хлоридом лития для охлаждения воды.

Низкая стоимость (200 долларов США за тонну) и высокая частота цикла (2000X) синтетических цеолитов, таких как Linde 13X с водным адсорбатом, в последнее время вызвали большой академический и коммерческий интерес для использования для хранения тепловой энергии (TES), особенно низкопотенциальной солнечной энергии. и отходящее тепло. С 2000 г. по настоящее время (2020 г.) в ЕС было профинансировано несколько пилотных проектов. Основная идея заключается в хранении солнечной тепловой энергии в виде скрытой химической энергии в цеолите. Обычно горячий сухой воздух из плоских солнечных коллекторов пропускается через слой цеолита, так что любой присутствующий адсорбат воды удаляется. Хранение может быть суточным, еженедельным, ежемесячным или даже сезонным, в зависимости от объема цеолита и площади солнечных тепловых панелей. Когда требуется тепло ночью, в часы без солнца или зимой, увлажненный воздух проходит через цеолит.По мере того как цеолит поглощает влагу, тепло передается воздуху, а затем и помещению здания. Эта форма TES с конкретным использованием цеолитов была впервые предложена Геррой в 1978 году.[32] Преимущества перед расплавленными солями и другими высокотемпературными TES включают в себя то, что (1) требуемая температура является только температурой торможения, типичной для солнечного теплового коллектора с плоской пластиной, и (2) пока цеолит остается сухим, энергия хранится бессрочно. Из-за низкой температуры и из-за того, что энергия сохраняется в виде скрытой теплоты адсорбции, что устраняет требования к изоляции системы хранения расплавленной соли, затраты значительно ниже.

Технология солевого гидрата [ править ]

Одним из примеров экспериментальной системы хранения, основанной на энергии химической реакции, является технология солевого гидрата. Система использует энергию реакции, возникающую при гидратации или дегидратации солей. Он работает, сохраняя тепло в контейнере, содержащем 50% раствор гидроксида натрия (NaOH). Тепло (например, от солнечного коллектора) накапливается за счет испарения воды в результате эндотермической реакции. Когда вода добавляется снова, тепло выделяется в экзотермической реакции при 50 ° C (120 ° F). Современные системы работают с КПД 60%. Система особенно выгодна для сезонного хранения тепловой энергии., потому что высушенная соль может храниться при комнатной температуре в течение длительного времени без потерь энергии. Емкости с обезвоженной солью можно даже перевезти в другое место. Система имеет более высокую плотность энергии, чем тепло, хранящееся в воде, и емкость системы может быть рассчитана на хранение энергии от нескольких месяцев до лет. [33]

В 2013 году голландский разработчик технологий TNO представил результаты проекта MERITS по хранению тепла в емкости для соли. Тепло, которое может быть получено от солнечного коллектора на крыше, вытесняет воду, содержащуюся в соли. Когда вода добавляется снова, тепло выделяется без потерь энергии. Емкость с несколькими кубометрами соли может хранить достаточно этой термохимической энергии, чтобы отапливать дом в течение зимы. В умеренном климате, таком как в Нидерландах, среднему домохозяйству с низким энергопотреблением требуется около 6,7 ГДж / зима. Для хранения этой энергии в воде (при разнице температур 70 ° C) потребуется теплоизолированный водонагреватель объемом 23 м 3 , что превышает возможности большинства домашних хозяйств по хранению. Использование технологии солевого гидрата с плотностью хранения около 1 ГДж / м 3., Может хватить 4–8 м 3 . [34]

По состоянию на 2016 год исследователи в нескольких странах проводят эксперименты, чтобы определить лучший тип соли или солевой смеси. Низкое давление внутри контейнера кажется благоприятным для транспортировки энергии. [35] Особенно перспективны органические соли, так называемые ионные жидкости . По сравнению с сорбентами на основе галогенида лития они менее проблематичны с точки зрения ограниченных мировых ресурсов, а по сравнению с большинством других галогенидов и гидроксида натрия (NaOH) они менее агрессивны и не подвержены негативному влиянию загрязнения CO 2 . [36]

Молекулярные связи [ править ]

Исследуется сохранение энергии в молекулярных связях. Достигнута плотность энергии, эквивалентная литий-ионным батареям . [37] Это было сделано с помощью DSPEC (дис-сенсибилизированная ячейка для фотоэлектросинтеза). Это элемент, который может накапливать энергию, полученную солнечными панелями в течение дня, для использования в ночное время (или даже позже). Он разработан на основе хорошо известного естественного фотосинтеза.

DSPEC производит водородное топливо, используя полученную солнечную энергию для разделения молекул воды на элементы. В результате этого разделения водород выделяется, а кислород выделяется в воздух. Звучит проще, чем есть на самом деле. Четыре электрона молекул воды необходимо отделить и перенести в другое место. Еще одна сложная часть - это процесс слияния двух отдельных молекул водорода.

DSPEC состоит из двух компонентов: молекулы и наночастицы. Эта молекула называется блоком хромофор-катализатор, который поглощает солнечный свет и запускает катализатор. Этот катализатор разделяет электроны и молекулы воды. Наночастицы собраны в тонкий слой, и одна наночастица покрыта множеством хромофоров-катализаторов. Функция этого тонкого слоя наночастиц - отводить электроны, которые отделены от воды. Этот тонкий слой наночастиц покрыт слоем диоксида титана. Благодаря этому покрытию высвободившиеся электроны могут переноситься быстрее, что позволяет производить водород. Это покрытие, опять же, покрыто защитным покрытием, которое усиливает связь между хромофором-катализатором и наночастицей.

Используя этот метод, солнечная энергия, полученная от солнечных панелей, преобразуется в топливо (водород) без выделения так называемых парниковых газов. Это топливо может храниться в топливном элементе и впоследствии использоваться для выработки электроэнергии. [38]

БОЛЬШИНСТВО [ править ]

Еще один многообещающий способ хранения солнечной энергии для производства электроэнергии и тепла - это так называемая «молекулярная солнечная тепловая система» (MOST). При таком подходе молекула превращается путем фотоизомеризации в изомер с более высокой энергией. Фотоизомеризация - это процесс, в котором один (цис-транс) изомер превращается в другой под действием света (солнечной энергии). Этот изомер способен накапливать солнечную энергию до тех пор, пока энергия не будет высвобождена тепловым триггером или катализатором (после чего изомер преобразуется в свой исходный изомер). Перспективным кандидатом на такой МОСТ являются норборнадиены (NBD). Это связано с тем, что существует большая разница в энергии между NBD и фотоизомером квадрициклана (QC). Эта разница в энергии составляет примерно 96 кДж / моль. Также известно, что для таких системдонорно-акцепторные замены обеспечивают эффективное средство для красного смещения самого длинноволнового поглощения. Это улучшает соответствие солнечного спектра.

Важнейшей задачей для полезной системы MOST является получение удовлетворительно высокой плотности накопления энергии (если возможно, выше 300 кДж / кг). Еще одна проблема системы MOST заключается в том, что свет может собираться в видимой области. Функционализация NBD донорными и акцепторными единицами используется для регулирования этих максимумов поглощения. Однако это положительное влияние на поглощение солнечного света компенсируется более высокой молекулярной массой. Это означает более низкую плотность энергии. Это положительное влияние на поглощение солнечной энергии имеет еще один недостаток. А именно, что время накопления энергии уменьшается при красном смещении поглощения. Возможное решение для преодоления этой антикорреляции между плотностью энергии и красным смещением состоит в том, чтобы связать один хромофорный блок с несколькими фотопереключателями. В этом случае выгодно образовывать так называемые димеры или тримеры.У NBD есть общий донор и / или акцептор.

В недавней статье, опубликованной в Nature Communications, Каспер Мот-Поулсен и его команда попытались спроектировать стабильность фотоизомера высокой энергии с помощью двух фотопереключателей с электронной связью и отдельными барьерами для термического преобразования. При этом синий сдвиг произошел после первой изомеризации (NBD-NBD в QC-NBD). Это привело к более высокой энергии изомеризации второго события переключения (QC-NBD на QC-QC). Другое преимущество этой системы за счет совместного использования донора состоит в том, что молекулярная масса на единицу норборнадиена снижается. Это приводит к увеличению плотности энергии.

В конце концов, эта система может достичь квантового выхода фотопреобразования до 94% на единицу NBD. Квантовый выход - это мера эффективности излучения фотонов. С помощью этой системы измеренные плотности энергии достигли 559 кДж / кг (что превышает целевое значение 300 кДж / кг). Итак, потенциал молекулярных фотопереключателей огромен. Не только для хранения солнечной тепловой энергии, но и для других целей. [39]

Электрические аккумуляторы тепла [ править ]

Основная статья: Накопительный нагреватель

Накопительные обогреватели - обычное дело в европейских домах с учетом времени использования (традиционно в ночное время используется более дешевая электроэнергия). Они состоят из керамических кирпичей высокой плотности или феолитовых блоков, нагретых до высокой температуры с помощью электричества, и могут иметь или не иметь хорошую изоляцию и средства управления для выделения тепла в течение нескольких часов. [40]

Хранение солнечной энергии [ править ]

Основные статьи: Солнечный накопитель горячей воды и Сезонное накопление тепловой энергии

Солнечная энергия - один из примеров применения накопления тепловой энергии. Большинство практичных активных систем солнечного отопления обеспечивают хранение собранной энергии от нескольких часов до суток. Однако растет число предприятий, использующих сезонные накопители тепловой энергии (STES), позволяющие накапливать солнечную энергию летом для обогрева помещений зимой. [41] [42] [43] Солнечное сообщество Drake Landing в Альберте, Канада, теперь достигло 97% доли солнечного нагрева в течение всего года, что стало возможным только благодаря внедрению STES. [41] [44]

Использование как скрытого, так и явного тепла также возможно при высокой температуре солнечного тепла. Различные эвтектические смеси металлов, таких как алюминий и кремний (AlSi12), обладают высокой температурой плавления, подходящей для эффективного производства пара [45], в то время как материалы на основе цемента с высоким содержанием глинозема обладают хорошей способностью аккумулировать тепло. [46]

Накопитель тепловой энергии[ редактировать ]

В аккумулирующем теплообменнике (PHES) реверсивная система теплового насоса используется для хранения энергии в виде разницы температур между двумя накопителями тепла. [47] [48] [49]

Изэнтропик [ править ]

Одна из систем, разработанная ныне обанкротившейся британской компанией Isentropic, работает следующим образом. [50] Он включает два изолированных контейнера, заполненных щебнем или гравием; горячий сосуд, хранящий тепловую энергию при высокой температуре и высоком давлении, и холодный сосуд, хранящий тепловую энергию при низкой температуре и низком давлении. Сосуды соединены сверху и снизу трубами, и вся система заполнена инертным газом аргоном .

Во время цикла зарядки система использует электричество в непиковое время для работы в качестве теплового насоса . Аргон при температуре окружающей среды и давлении в верхней части холодильной камеры адиабатически сжимается до давления 12 бар, нагревая его примерно до 500 ° C (900 ° F). Сжатый газ передается в верхнюю часть горячего сосуда, где он просачивается вниз через гравий, передавая свое тепло породе и охлаждая до температуры окружающей среды. Охлажденный, но все еще находящийся под давлением газ, выходящий на дно сосуда, затем расширяется (снова адиабатически) до 1 бар, что снижает его температуру до -150 ° C. Затем холодный газ проходит через холодный сосуд, где он охлаждает породу, нагреваясь до исходного состояния.

Энергия восстанавливается в виде электричества путем обращения цикла. Горячий газ из горячего резервуара расширяется, чтобы привести в действие генератор, а затем подается в холодильный склад. Охлажденный газ, забираемый из нижней части холодильной камеры, сжимается, что нагревает газ до температуры окружающей среды. Затем газ переносится на дно горячего сосуда для повторного нагрева.

Процессы сжатия и расширения обеспечиваются специально разработанной возвратно-поступательной машиной с использованием золотниковых клапанов. Избыточное тепло, генерируемое неэффективностью процесса, отводится в окружающую среду через теплообменники во время цикла разгрузки. [47] [50]

Разработчик заявил, что достижима эффективность 72–80% в оба конца. [47] [50] Для сравнения:> 80% достижимо при использовании гидроаккумулятора. [48]

Другая предлагаемая система использует турбомашинное оборудование и способна работать на гораздо более высоких уровнях мощности. [49] Использование материала с фазовым переходом в качестве материала для аккумулирования тепла могло бы еще больше повысить производительность. [15]

См. Также [ править ]

  • Карно аккумулятор
  • Районное отопление
  • Эвтектическая система
  • Беспожарный локомотив
  • Геотермальная энергия
  • Геотермальная энергия
  • Теплоемкость
  • Кондиционер для хранения льда
  • Экономия жидкого азота
  • Список проектов по хранению энергии
  • Материал с фазовым переходом
  • Технология перекачивания льда
  • Паровой аккумулятор
  • Накопительный нагреватель
  • Тепловая батарея
  • Единый механический код
  • Единый кодекс солнечной энергии и гидроники
  • Международная база данных по хранению энергии Министерства энергетики США

 Портал возобновляемой энергии

Ссылки [ править ]

  1. ^ Райт, Мэтью; Hearps, Патрик; и другие. Устойчивая энергетика Австралии: План стационарной энергетики Австралии с нулевым выбросом углерода , Институт энергетических исследований, Мельбурнский университет , октябрь 2010 г., стр. 33. Получено с веб-сайта BeyondZeroEmissions.org.
  2. ^ Innovation in Concentrating Thermal Solar Power (CSP) , RenewableEnergyFocus.com веб-сайт.
  3. ↑ Рэй Стерн (10 октября 2013 г.). «Солана: 10 фактов, которые вы не знали о концентрированной солнечной электростанции недалеко от излучины Хила» . Феникс Нью Таймс .
  4. ^ Саид, Р.М., Шлегель, Дж. П., Кастано, С. и Савафта, Р., 2018. Получение и улучшенные тепловые характеристики нового (твердого в гель) формоустойчивого эвтектического ПКМ, модифицированного пластинками нанографена. Журнал хранения энергии, 15, стр. 91–102.
  5. ^ Саид, Р.М., Шлегель, JP, Кастано, К., Савафта, Р. и Кутуру, В., 2017. Приготовление и тепловые характеристики эвтектической смеси метилпальмитата и лауриновой кислоты в качестве материала с фазовым переходом (PCM). Журнал по хранению энергии, 13, стр. 418–424.
  6. ^ Якобсон, Марк З .; Delucchi, Mark A .; Кэмерон, Мэри А .; Фрю, Бетани А. (2015). «Недорогое решение проблемы надежности сети со 100% -ным проникновением непостоянного ветра, воды и солнца для всех целей» . Труды Национальной академии наук . 112 (49): 15060–5. Bibcode : 2015PNAS..11215060J . DOI : 10.1073 / pnas.1510028112 . PMC 4679003 . PMID 26598655 .  
  7. ^ Mathiesen, BV; Lund, H .; Connolly, D .; Wenzel, H .; Østergaard, PA; Möller, B .; Nielsen, S .; Риджан, I .; Karnøe, P .; Sperling, K .; Хвелплунд, ФК (2015). «Умные энергетические системы для согласованных 100% возобновляемых источников энергии и транспортных решений». Прикладная энергия . 145 : 139–54. DOI : 10.1016 / j.apenergy.2015.01.075 .
  8. ^ Хеннинг, Ханс-Мартин; Палцер, Андреас (2014). «Комплексная модель электроэнергетического и теплового сектора Германии в будущей энергетической системе с преобладающим вкладом технологий возобновляемой энергии - Часть I: Методология». Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии . 30 : 1003–18. DOI : 10.1016 / j.rser.2013.09.012 .
  9. ^ a b c Сарбу, Иоан; Себархиевич, Калин (январь 2018 г.). «Комплексный обзор хранения тепловой энергии» . Устойчивое развитие . 10 (1): 191. DOI : 10,3390 / su10010191 .
  10. ↑ Манчини, Том (10 января 2006 г.). «Преимущества использования расплавленной соли» . Сандийские национальные лаборатории. Архивировано из оригинального 14 июля 2011 года . Проверено 14 июля 2011 года .
  11. ^ Джонс, BG; Рой, РП; Бол, RW (1977). «Система накопления энергии из расплавленных солей - Технико-экономическое обоснование». Теплообмен в энергосбережении; Материалы зимнего ежегодного собрания : 39–45. Bibcode : 1977htec.proc ... 39J .
  12. ^ Biello, Дэвид (18 февраля 2009). «Как использовать солнечную энергию в ночное время» . Scientific American . Архивировано 13 января 2017 года.
  13. ^ Эрлих, Роберт (2013). «Тепловой накопитель». Возобновляемая энергия: первый курс . CRC Press. п. 375. ISBN 978-1-4398-6115-8.
  14. ^ «Солнечные головки для холмов , как башня технологии переворачивается» . Архивировано 7 ноября 2017 года . Проверено 21 августа 2017 года .
  15. ^ а б «Использование инкапсулированных солей фазового перехода для концентрированной солнечной электростанции» (PDF) . Архивировано 10 июля 2016 года (PDF) . Проверено 2 ноября 2017 года .
  16. ^ Митран, Рауль-Огюстен; Линку, Даниэль; Buhǎlţeanu, Лучиан; Бергер, Даниэла; Матей, Кристиан (15 сентября 2020 г.). «Материалы с фазовым переходом со стабилизированной формой, использующие расплавленные эвтектические и мезопористые кремнеземные матрицы NaNO3 - KNO3» . Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы . 215 : 110644. дои : 10.1016 / j.solmat.2020.110644 . ISSN 0927-0248 . 
  17. ^ Технология хранения тепловой энергии с параболическим желобом. Архивировано 1 сентября 2013 года в сети солнечной энергии с параболическим желобом Wayback Machine . 4 апреля 2007 г. По состоянию на декабрь 2007 г.
  18. ^ "Крупнейшая в мире солнечная тепловая электростанция с хранилищем выходит в Интернет - CleanTechnica" . cleantechnica.com . 14 октября 2013 . Проверено 9 мая 2018 .
  19. ^ Гебремедин, Алемайеху; Зинко, Хеймо. «Сезонные накопители тепла в системах централизованного теплоснабжения» (PDF) . Линчёпинг, Швеция: Университет Линчёпинга. Архивировано 13 января 2017 года (PDF) .
  20. ^ "Гигантское хранилище тепла каверны будет реализовано в Mustikkamaa в Хельсинки" . 22 марта 2018.
  21. ^ «Первое в мире сезонное хранилище энергии такого рода планируется в скальных пещерах Круунувуоренранта» . 30 января 2018.
  22. ^ «Расплавленный кремний, используемый для хранения тепловой энергии» . Инженер . Архивировано 4 ноября 2016 года . Проверено 2 ноября +2016 .
  23. ^ "Система накопления энергии на основе кремния из песка" . www.powerengineeringint.com . Архивировано 4 ноября 2016 года . Проверено 2 ноября +2016 .
  24. ^ «Впервые в мире: Siemens Gamesa начинает эксплуатацию своей инновационной системы хранения электротермической энергии» . Проверено 27 июля 2019 .
  25. ^ «Проект Сименс по испытанию нагретых горных пород для крупномасштабного недорогого хранения тепловой энергии» . Utility Dive . 12 октября 2016 года архивация с оригинала на 13 октября 2016 года . Проверено 15 октября +2016 .
  26. ^ "Nyt energilager skal opsamle grøn energi i varme sten" . Ingeniøren . 25 ноября 2016 года архивация с оригинала на 26 ноября 2016 года . Проверено 26 ноября +2016 .
  27. ^ "Сайт термического хранения сплава с зазором смешиваемости" . Архивировано 12 марта 2018 года.
  28. ^ Роусон, Энтони; Киси, Эрих; Суго, Хебер; Фидлер, Томас (1 октября 2014 г.). «Эффективная проводимость сплавов с зазором смешиваемости Cu – Fe и Sn – Al» . Международный журнал тепломассообмена . 77 : 395–405. DOI : 10.1016 / j.ijheatmasstransfer.2014.05.024 .
  29. ^ Суго, Хибер; Киси, Эрих; Кускелли, Дилан (1 марта 2013 г.). «Сплавы с зазором смешиваемости с инверсной микроструктурой и высокой теплопроводностью для применений с высокой плотностью хранения тепла» Прикладная теплотехника . 51 (1-2): 1345–1350. DOI : 10.1016 / j.applthermaleng.2012.11.029 .
  30. ^ «Тепловые конденсаторы, изготовленные из сплавов с зазором смешиваемости (MGA) (доступна загрузка PDF-файла)» . ResearchGate . Архивировано 28 февраля 2017 года . Проверено 27 февраля 2017 года .
  31. ^ Роджер Harrabin, аналитик BBC Environment (2 октября 2012). «Жидкий воздух« дает надежду на накопление энергии » » . BBC News, Наука и окружающая среда . BBC. Архивировано 2 октября 2012 года . Проверено 2 октября 2012 года .
  32. ↑ Патент США. №4 269 170 "Адсорбционное солнечное отопление и хранение"; Изобретатель: Джон М. Герра; Выдан 26 мая 1981 г.
  33. ^ Райнер, Клозе. «Сезонное накопление энергии: летнее тепло на зиму» . Цюрих, Швейцария: Empa. Архивировано 18 января 2017 года.
  34. ^ Проект MERITS Компактный накопитель тепла. «ДОСТОИНСТВА» . Архивировано 15 августа 2017 года . Проверено 10 июля 2017 года .
  35. ^ Де Йонг, Ард-Ян; Ван Влит, Лоренс; Хугертс, Кристоф; Руландс, Марк; Кайперс, Рууд (2016). «Термохимическое хранение тепла - от плотности хранения в реакции до плотности хранения в системе» . Энергетические процедуры . 91 : 128–37. DOI : 10.1016 / j.egypro.2016.06.187 .
  36. ^ Брюниг, Торге; Крекич, Кристиан; Брун, Клеменс; Пичниг, Рудольф (2016). «Калориметрические исследования и структурные аспекты ионных жидкостей при разработке сорбционных материалов для хранения тепловой энергии» . Химия: Европейский журнал . 22 (45): 16200–16212. DOI : 10.1002 / chem.201602723 . PMC 5396372 . PMID 27645474 .  
  37. ^ Колпак, Алекси М .; Гроссман, Джеффри С. (2011). «Функционализированные азобензолом углеродные нанотрубки в качестве солнечного термального топлива с высокой плотностью энергии». Нано-буквы . 11 (8): 3156–62. Bibcode : 2011NanoL..11.3156K . DOI : 10.1021 / nl201357n . PMID 21688811 . 
  38. ^ «Хранение энергии в химических связях молекул» . Энергетическая независимость вне сети . 21 января 2014 . Проверено 27 января 2021 года .
  39. ^ Мансё, Мадс; Петерсен, Энн Углехолдт; Ван, Чжихан; Эрхарт, Пол; Нильсен, Могенс Бронстед; Мот-Поульсен, Каспер (16 мая 2018 г.). «Молекулярное хранение солнечной тепловой энергии в олигомерах с фотопереключением увеличивает плотность энергии и время хранения» . Nature Communications . 9 (1): 1945. DOI : 10.1038 / s41467-018-04230-8 . ISSN 2041-1723 . 
  40. ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано 14 мая 2016 года (PDF) . Проверено 20 февраля 2017 года . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка ) ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАГРЕВАТЕЛЯ.
  41. ^ а б Вонг Б. (2011). Сообщество Drake Landing Solar. Заархивировано 4 марта 2016 года в Wayback Machine . Презентация на конференции IDEA / CDEA District Energy / CHP 2011. Торонто, 26–29 июня 2011 г.
  42. ^ Проект SunStor-4, Марсталь, Дания. Солнечная система централизованного теплоснабжения с межсезонным ямным хранилищем расширяется.
  43. ^ "Хранение тепловой энергии в термобанках" . ICAX Ltd, Лондон. Архивировано 14 ноября 2011 года . Проверено 21 ноября 2011 года .
  44. ^ «Канадское солнечное сообщество устанавливает новый мировой рекорд по энергоэффективности и инновациям» (пресс-релиз). Природные ресурсы Канады. 5 октября 2012 года архивации от оригинала 3 ноября 2016 года . Проверено 11 января 2017 года .
  45. ^ Khare, Самир; Делль'Амико, Марк; Рыцарь, Крис; МакГарри, Скотт (2012). «Выбор материалов для накопления высокотемпературной скрытой тепловой энергии». Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы . 107 : 20–7. DOI : 10.1016 / j.solmat.2012.07.020 .
  46. ^ Khare, S .; Dell'Amico, M .; Knight, C .; МакГарри, С. (2013). «Выбор материалов для хранения чувствительной высокотемпературной энергии». Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы . 115 : 114–22. DOI : 10.1016 / j.solmat.2013.03.009 .
  47. ^ a b c «Насосная тепловая система Isentropic хранит энергию в масштабе сети» . Архивировано 22 июля 2015 года . Проверено 19 июня +2017 .
  48. ^ a b «ХРАНЕНИЕ ЭНЕРГИИ: ОТСУТСТВУЮЩАЯ ССЫЛКА В ОБЯЗАТЕЛЬСТВАХ В ОБЛАСТИ ЭНЕРГЕТИКИ Великобритании» . IMechE. п. 27. Архивировано 12 июля 2014 года.
  49. ^ a b «Накачиваемый накопитель тепловой энергии» (PDF) . Архивировано 22 января 2017 года (PDF) . Проверено 16 июля 2017 года .
  50. ^ a b c «Технология PHES компании Isentropic» . 20 октября 2014 года. Архивировано 12 октября 2017 года . Проверено 16 июля 2017 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Официальный документ ASHRAE об экономии при переключении нагрузки
  • Статья MSN о кондиционировании воздуха для хранения льда на Archive.today (архивная копия от 19 января 2013 г.)
  • ICE TES Накопитель тепловой энергии - IDE-Tech
  • http://thermalbatterysystems.com/featured-systems/laramie-wyoming-thermal-battery-system-example/#.U8Whdo1dXx8
  • Отчет «Подготовлено для совместной работы по системам накопления тепловой энергии Калифорнийской энергетической комиссии», озаглавленный «Воздействие накопления тепловой энергии на источники энергии и окружающую среду». Tabors Caramanis & Assoc energy.ca.gov
  • Центр компетенции по хранению тепловой энергии при Люцернской школе инженерии и архитектуры

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Хайман, Лукас Б. Устойчивые системы хранения тепла: планирование, проектирование и эксплуатация . Нью-Йорк: Макгроу-Хилл, 2011. Печать.
  • Хенрик Лунд , Системы возобновляемой энергии: подход интеллектуальных энергетических систем к выбору и моделированию 100% решений из возобновляемых источников , Academic Press 2014, ISBN 978-0-124-10423-5 .