Современные системы аккумулирования тепловой энергии основаны на материалах, которые хранят меньше энергии на килограмм, поэтому для удовлетворения требований к хранению энергии требуется больше материала по более высокой цене.Теперь исследователи из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) разработали недорогую систему аккумулирования тепловой энергии, которая будет значительно меньше по размеру и будет работать более чем в 20 раз лучше, чем существующие тепловые системы.
При финансовой поддержке программы SunShot Initiative Министерства энергетики США команда Argonne создает пилотный прототип своей высокоэффективной системы аккумулирования тепловой энергии скрытого тепла (LHTES) для тестирования. Инициатива SunShot — это совместная национальная попытка сделать несубсидируемую солнечную энергию конкурентоспособной по стоимости с другими формами производства электроэнергии к 2020 году.
Система накопления тепловой энергии Argonne основана на материале с «фазовым переходом», который плавится, накапливая тепловую энергию, и выделяет энергию при повторном замораживании — аналогично циклу заряда-разряда в батарее.Недорогие соли, такие как каменная соль (хлорид натрия), могут использоваться в качестве материалов с фазовым переходом, но их использование в существующих системах аккумулирования тепла ограничено из-за плохой теплопроводности солей.Тем не менее, система Argonne LHTES значительно улучшает проводимость этих солей за счет интеграции их с пеной графита с высокой проводимостью. Эта комбинация снижает общее количество материала, необходимого для создания системы, и ее стоимость, делая передачу тепловой энергии значительно более эффективной и при этом обеспечивая до 8-12 часов хранения энергии — типичная ночь хранения для концентрирующейся солнечной энергии. растение.
«Материалы с фазовым переходом, как правило, имеют низкую проводимость, но отвечают требованиям хранения тепловой энергии», — сказал Дилип Сингх, руководитель группы Argonne Thermal-Mechanical Technologies. «Пенографит с высокой проводимостью соответствует требованиям к проводимости, поэтому мы подумали: почему бы не объединить их вместе?»Пористая графитовая пена удерживает соли в порах, способствуя быстрому плавлению и замерзанию.
Команда продемонстрировала, что это быстрое изменение фазы сохраняется с течением времени. После создания и тестирования первоначального прототипа размером с блендер команда теперь увеличивает размер прототипа в 50 раз.Хотя экспериментальная модульная система все еще меньше, чем полномасштабная система электростанции, она будет протестирована этой осенью и может быть расширена для приложений, таких как обеспечение резервного питания в микросети или хранение отработанного тепла от другого источника энергии. Пилотная система также улучшит трехмерное тепловое моделирование, используемое для оценки производительности и планирования проекта полномасштабной системы.
«Мы рассматриваем разработку полномасштабной системы электростанции как модульной системы, и пилотная система, которую мы строим в этом году, может фактически использоваться как один модуль в полномасштабной системе, состоящей из множества модулей, уложенных друг на друга или организованы вместе ", — сказал аргоннский инженер-механик Вэньхуа Ю. «Таким образом, рабочие характеристики, которые мы будем измерять при тестировании пилотного проекта, могут напрямую отражать характеристики системы силовой установки».Ожидается, что полномасштабный проект удовлетворит потребности существующих электростанций, которые работают с паровыми турбинами при температуре от 450 до 600 градусов по Цельсию (850-1100 градусов по Фаренгейту) с использованием хлорида магния в качестве носителя.
Когда передовые турбины сверхкритического диоксида углерода, которые более эффективны, чем паровые турбины, но работают при более высоких температурах 700 градусов по Цельсию (1300 градусов по Фаренгейту), вводятся в эксплуатацию, такая же конструкция может использоваться с хлоридом натрия.