Skip to main content

Solid-state reactions for thermal energy storage

Article Category

Article available in the folowing languages:

Bardziej efektywne magazynowanie energii otwiera drogę technologiom odnawialnym

Udane przejście na gospodarkę niskoemisyjną wymaga większego wykorzystania odnawialnych źródeł energii i poprawy efektywności energetycznej. Jednym z kluczowych elementów jest magazynowanie energii cieplnej, które może pomóc w zapewnieniu stałego zaopatrzenia w energię poprzez rozwiązanie problemu dysproporcji między podażą a popytem na energię.

Zmiana klimatu i środowisko

Obecnie rozważa się trzy rodzaje procesów magazynowania energii cieplnej: w oparciu o przechowywanie ciepła jawnego, przechowywanie ciepła utajonego i przechowywanie termochemiczne. Największa ilość energii może być magazynowana w procesach termochemicznych, jednak towarzyszy temu wzrost złożoności systemu magazynowania energii cieplnej, a tym samym wzrost kosztów. Projekt SOLSTORE został zrealizowany przy wsparciu ze środków programu „Maria Skłodowska-Curie”. W ramach tego projektu uczeni badali opracowanie nowych materiałów i technologii efektywnego kosztowo, ultrakompaktowego magazynowania energii cieplnej w wysokich temperaturach (300–800 °C). Prace obejmowały badanie odwracalnych reakcji chemicznych w stanie stałym, które mogą być wykorzystywane w rzeczywistych zastosowaniach, takich jak skoncentrowana energia słoneczna. Celem było uproszczenie technologii magazynowania energii cieplnej i obniżenie kosztów.

Wielorakie korzyści

Zastosowanie reakcji między ciałami stałymi ma szereg zalet, do których należą proste mechanizmy reakcji w porównaniu z innymi rodzajami magazynowania termochemicznego, obejmujące reakcje między gazami i ciałami stałymi. „Umożliwiają one projektowanie prostszych systemów magazynowania oraz ewentualny bezpośredni kontakt materiału magazynującego z płynnym nośnikiem ciepła, przez co nie wymagają wymiany ciepła, co skutkuje niższymi kosztami”, mówi dr Stefania Doppiu, pracownik naukowy z Energy Cooperative Research Centre (CIC Energigune) w Hiszpanii. Naukowcy zidentyfikowali i ocenili kilka obiecujących reakcji w stanie stałym do wykorzystania w badaniach eksperymentalnych nad magazynowaniem energii cieplnej, które działają w szerokim zakresie temperatur. Dogłębne badania dwóch systemów o odmiennej naturze (metalicznego i opartego na soli) uwidoczniły zarówno potencjał, jak i ograniczenia tych reakcji, które są silnie uzależnione od natury reagujących materiałów. Badanie ujawniło również związek pomiędzy mikrostrukturą i reaktywnością dzięki określeniu najlepszych warunków mikrostrukturalnych dla maksymalizacji reaktywności w stanie stałym. Naukowcy z projektu SOLSTORE zajmą się w dalszej kolejności badaniem materiałów na większą skalę, aby sprawdzić ich zachowanie w bardziej realistycznych warunkach. Praca z dużymi ilościami materiałów w celu zintegrowania ich z systemem magazynowania energii cieplnej również przyczyni się do obniżenia kosztów.

Większa wydajność

Wyniki tych prac wskazują na dużą pojemność, dobrą przewodność cieplną, stabilność mechaniczną i chemiczną oraz całkowitą odwracalność cykli ładowania i rozładowywania. „Zidentyfikowaliśmy bardzo obiecującą reakcję odwracalną, działającą w temperaturze około 500 °C oraz charakteryzującą się wysoką pojemnością magazynowania energii cieplnej (200 J/g), szybką kinetyką, dobrą powtarzalnością ładowania i stabilnością”, wyjaśnia dr Doppiu. Zastosowanie magazynowania energii cieplnej w konwencjonalnych elektrowniach może przyczynić się do lepszego zarządzania siecią elektryczną, zapewniając większe możliwości regulacyjne oraz wyższy poziom niezawodności operacyjnej i bezpieczeństwa dostaw. Dr Doppiu tłumaczy: „W elektrowniach wykorzystujących skoncentrowaną energię słoneczną magazynowanie energii cieplnej stanowi kluczowy element dla poprawy efektywności energetycznej i efektywności kosztowej oraz stabilizacji wytwarzania energii słonecznej”. Projekt SOLSTORE może mieć również istotne znaczenie dla przemysłowych procesów cieplnych. „Magazynowanie energii cieplnej może poprawić zarządzanie lokalną kogeneracją ciepła i energii elektrycznej oraz efektywność procesów wytwarzania pary, a także przyczynić się do poprawy wydajności odzyskiwania ciepła odpadowego i jego ponownego wykorzystania we wsadowych procesach egzo- i endotermicznych”, podkreśla dr Doppiu.

Słowa kluczowe

SOLSTORE, magazynowanie energii cieplnej, reakcje, stan stały, termochemiczne, skoncentrowana energia słoneczna, gospodarka niskoemisyjna

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania