Nowatorska struktura o budowie plastra miodu dla zwiększenia zdolności magazynowania energii termochemicznej
Partnerzy projektu RESTRUCTURE, którego realizacja oficjalnie zakończyła się w styczniu 2016 r., przeprowadzili na skalę półpilotażową walidację systemu o zdolności magazynowania około 74 kWh, zbudowanego i eksploatowanego w Juelich Solar Tower (STJ), Niemcy. Co prawda zdolność magazynowania była dosyć niewielka, ale po raz pierwszy tego typu koncepcja w zakresie magazynowania ciepła termochemicznego przeszła walidację w warunkach niemal realistycznych. Produkcja redoksowych struktur o budowie plastra miodu „Nowatorstwo projektu reaktora [RESTRUCTURE] polega na wykorzystaniu monolitycznej struktury ceramicznej o budowie plastra miodu jako budulca, w który aktywny materiał może zostać wbudowany na kilka sposobów” – wyjaśnia koordynator projektu, dr George Karagiannakis. „Struktura bardzo przypomina ‘bloki’ ceramiczne stosowane w konwerterach katalitycznych do pojazdów silnikowych”. Wykorzystane materiały, jak podkreślił dr Karagiannakis, bazują na tlenku metalu (np. tlenku kobaltu lub manganu). Potrzebne były istotne prace rozwojowe w ramach projektu, aby uzyskać pełnoskalowe, redoksowe struktury o budowie plastra miodu, a zespół musiał zmierzyć się z kilkoma wyzwaniami. Wyróżniające się przykłady takich wyzwań to osiągnięcie dobrego kompromisu między stabilnością strukturalną w warunkach eksploatacji a wydajnością reakcji redoks oraz zwiększanie skali strategii produkcji opracowanych pierwotnie w skali laboratoryjnej. Konsorcjum projektowe przewidziało większość z tych wyzwań i w wielu przypadkach opracowało opcje awaryjne, które były trzymane w rezerwie. Zalety zapewniane przez monolityczne struktury o budowie plastra miodu wynikają z prostszego projektu reaktora, jaki mogą zaoferować oraz inherentnej modułowości tego typu systemu. „Kwestie o kluczowym znaczeniu, wymagające uwzględnienia, to specjalne środki zapobiegające narastaniu spadku wysokiej temperatury w czasie eksploatacji, recyrkulacja materiałów oraz dodatkowe środki ostrożności związane ze skutecznym kontrolowaniem cząstek w systemie, kiedy celem są ‘tradycyjne’ cząstki proszku/małe cząstki w stałych lub ruchomych projektach reaktorów” – wyjaśnił dr Karagiannakis. „To może znacznie zwiększyć złożoność systemu i w konsekwencji skutkować spadkiem ogólnej wydajności. Jednak żadna z powyższych kwestii nie budzi szczególnych obaw w przypadku projektów reaktorów o budowie plastra miodu”. Konfiguracja systemu reaktor/wymiennik ciepła W ramach projektu najpierw przeprowadzono szeroko zakrojone testy w skali laboratoryjnej, po czym nastąpiła identyfikacja i walidacja odpowiednich preparatów. Półpilotażowy system, jaki w ten sposób powstał, był zasadniczo zestawem struktur o budowie plastra miodu, które powstały na bazie wyników testów w małej skali. Schematy reakcji redoks badane w projekcie RESTRUCTURE wymagają do pracy temperatur maksymalnych rzędu 1 000 stopni, a uzyskanie tak wysokich temperatur nie jest obecnie możliwe w istniejących zakładach komercyjnych CSP (skupiających światło słoneczne). System o pojemności magazynowania rzędu 25 kW był zasilany strumieniem bocznym gorącego płynu roboczego (tj. gorącym powietrzem) wytwarzanym przez odbiornik słoneczny na stanowisku testowym STJ. W czasie ładowania i ze względu na fakt, że temperatura maksymalna gorącego powietrza dostarczanego przez odbiornik słoneczny wynosiła około 700 stopni, użyto palnika, aby dostarczyć dodatkowe ciepło i osiągnąć temperaturę 1 000 stopni wymaganą do reakcji ładowania. W czasie wyładowywania schłodzone powietrze przechodzi przez naładowany zestaw monolityczny i ciepło wytwarzane w czasie tego przepływu ulega rozproszeniu, zwiększając w ten sposób temperaturę na wylocie reaktor/wymiennik ciepła. W ten sposób część energii ze strumienia powietrza jest magazynowania w strukturach o budowie plastra miodu. Wychodząc z systemu strumień ma niższą temperaturę, ale nadal wystarczająco wysoką, aby uruchomić cykl zasilania i wytwarzać energię. Kiedy energia słoneczna nie jest dostępna, temperatura strumienia powietrza ulega istotnemu obniżeniu, ale jego wymuszone przejście przez system magazynowania uruchamia reakcję wydzielania ciepła, zwiększając w ten sposób temperaturę powietrza, które ponownie służy do uruchomienia cyklu zasilania. Po RESTRUCTURE i kolejne kroki Dr Karagiannakis podkreśla, że podejście przyjęte w ramach projektu RESTRUCTURE uznawane jest za „kolejną generację”, a przyszła komercjalizacja technologii jest ściśle uzależniona od udanego opracowania przemysłowego kolejnej generacji wysokotemperaturowej technologii CSP o dużej wydajności. Prace już są prowadzone, ale poza formalnym zakresem samego projektu. „Intensywnie poszukujemy sposobów na kontynuowanie naszych prac badawczych i dalsze rozwijanie technologii” – potwierdza dr Karagiannakis. „Nasze kolejne kroki koncentrujemy w szczególności na zwiększaniu skali i strategiach optymalizacyjnych”. W sumie projekt przyczynił się do postawienia pierwszego ważnego kroku, czyli dowiedzenia co do zasady efektywności nowej koncepcji zastosowań magazynowania ciepła termochemicznego poprzez projekt i walidację nowatorskiego reaktora/wymiennika ciepła o budowie plastra miodu. Istnieje nadzieja, że zostaną podjęte prace nad kolejnym projektem, aby wykorzystać dorobek RESTRUCTURE i posunąć technologię naprzód w kierunku etapu wstępnej komercjalizacji. Więcej informacji: witryna projektu RESTRUCTURE
Kraje
Grecja
