Войти
Накопительная башня централизованного теплоснабжения из Тайсса возле Кремс-ан-дер-Донау в Нижняя Австрия с тепловой мощностью 2 ГВтч 
Башня хранения тепловой энергии, открытая в 2017 году в Больцано, Южный Тироль, Италия. 
Строительство соляных резервуаров, обеспечивающих эффективность накопление тепловой энергии, так что выход может быть обеспечен после захода солнца, а выход может быть запланирован для удовлетворения требований спроса. Электростанция «Солана» мощностью 280 МВт рассчитана на шесть часов хранения энергии. Это позволяет станции вырабатывать около 38 процентов своей номинальной мощности в течение года. 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 от отдельного процесса, здания до многопользовательского здания, района, города или региона. Примеры использования: балансирование потребности в энергии между дневным и ночным временем, сохранение летнего тепла для обогрева зимой или холода зимой для летнего кондиционирования воздуха (Сезонное накопление тепловой энергии ). Среды для хранения включают резервуары с водой или ледяной жидкостью, массы естественной земли или коренных пород, доступ к которым осуществляется с помощью теплообменников через скважины, глубокие водоносные горизонты, заключенные между непроницаемыми пластами; неглубокие, облицованные ямы, заполненные гравием и водой и изолированные сверху, а также эвтектические растворы и материалы с фазовым переходом.
Другие источники тепловой энергии для хранения включают тепло или холод, производимые с помощью тепловые насосы от непиковой, более дешевой электроэнергии, практика, называемая пиковое сокращение ; тепло от теплоэлектроцентралей (ТЭЦ); тепло, производимое возобновляемой электрической энергией, которое превышает потребности сети, и отработанное тепло промышленных процессов. Хранение тепла, как сезонное, так и краткосрочное, считается важным средством для дешевого уравновешивания высоких долей переменного производства электроэнергии из возобновляемых источников и интеграции секторов электричества и отопления в энергетические системы, почти или полностью снабжаемых с помощью возобновляемых источников энергии.
Наиболее практичные активные солнечные системы отопления обеспечивают хранение ge от нескольких часов до дневной суммы собранной энергии. Однако растет число предприятий, использующих сезонное накопление тепловой энергии (STES), позволяющее накапливать солнечную энергию летом для обогрева помещений зимой. Сообщество Drake Landing Solar Community в Альберте, Канада, теперь достигла 97% доли солнечного тепла в течение всего года, мировой рекорд стал возможен только благодаря включению STES.
Использование как скрытого тепла, так и явное тепло 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, в то время как материалы на основе цемента с высоким содержанием глинозема обладают хорошей способностью аккумулировать тепло.
Явное тепло расплавленной соли также используется для хранения солнечной энергии при высокой температуре. Это называется технологией расплавленной соли или накоплением энергии расплавленной соли (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 проекте Solar Two 1995-1999 гг. По оценкам 2006 года, 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. Используются различные эвтектические смеси различных солей (например, нитрат натрия, нитрат калия и нитрат кальция ). Опыт работы с такими системами существует в приложениях, не связанных с солнечными батареями, 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. Жидкая соль прокачивается 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 бака тепловая энергия может сохраняться до недели. Когда требуется электричество, горячая расплавленная соль перекачивается в обычный парогенератор для производства перегретого пара для приведения в действие обычной турбогенераторной установки, используемой в любой угольной, нефтяной или ядерной энергетике. электростанция. 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. Это более экономично, так как в системе с двумя резервуарами достигается на 100% больше тепла на единицу объема, 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, в то время как исследования по получению PCM со стабилизированной формой с использованием матриц с высокой пористостью продолжаются.
Несколько параболических желобов электростанции в Испании и башня солнечной энергии разработчик SolarReserve используют эту концепцию хранения тепловой энергии. Электростанция Solana в США может хранить 6 часов генерирующей мощности в расплаве соли. Летом 2013 года Gemasolar Thermosolar солнечная энергетическая башня / установка для расплавления солей в Испании достигла первого уровня, непрерывно производя электричество 24 часа в сутки в течение 36 дней.
Низкая стоимость (200 долларов 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 тепловой энергии накопление (TES), в частности низкопотенциального солнечного и сбросного тепла. 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 дневным, 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, через цеолит проходит увлажненный воздух. По мере того как цеолит поглощает влагу, тепло передается воздуху, а затем и помещению здания. Эта форма TES со специальным использованием цеолитов была впервые предложена Геррой в 1978 году. Преимущества перед расплавленными солями и другими высокотемпературными TES включают в себя то, что (1) требуемая температура является только температурой торможения, типичной для солнечного плоского теплового коллектора, и (2) до тех пор, пока цеолит остается сухим, энергия сохраняется бесконечно. Из-за низкой температуры, а также из-за того, что энергия сохраняется в виде скрытой теплоты адсорбции, что устраняет требования к изоляции системы хранения расплавленной соли, затраты значительно ниже.
Паровой аккумулятор состоит из изолированного стального резервуара высокого давления, в котором находится горячая вода и пар под давлением. В качестве устройства аккумулирования тепла он используется для обеспечения производства тепла переменным или постоянным источником из переменного спроса на тепло. Паровые аккумуляторы могут сыграть важную роль в хранении энергии в проектах солнечной тепловой энергии.
Большие склады широко используются в Скандинавии для хранения тепла в течение нескольких дней, для разделения производства тепла и электроэнергии и для удовлетворения пиковых потребностей. Межсезонное хранение в пещерах было исследовано и оказалось экономичным и играет значительную роль в отоплении в Финляндии. Helen Oy оценивает мощность 11,6 ГВт-ч и тепловую мощность 120 МВт для своей цистерны объемом 260000 м³ в рамках Mustikkamaa (полностью заряжена или выгружена за 4 дня при полной мощности), работающей с 2021 года до нескольких дней. пикового производства / спроса; в то время как каменные пещеры объемом 300 000 м³ на 50 м ниже уровня моря в Круунувуоренранта (около Лаахасало ) были предназначены в 2018 году для хранения тепла от теплой морской воды летом и отвода его зимой на централизованное теплоснабжение.
Вода имеет одну из самых высоких теплоемкости - 4,2 Дж / (см · К), тогда как у бетона ее примерно треть. 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 объемом около 2,8 м3 может обеспечить достаточно места для хранения в одном доме, 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 квартала, солнечное развитие Виггенхаузен-Зюд в Фридрихсхафене на юге Германии привлекло международное внимание. Здесь имеется железобетонный тепловой накопитель объемом 12 000 м 3 (420 000 футов 3), соединенный с 4 300 м² (46 000 футов²) солнечных коллекторов, которые будут обеспечивать 570 домов примерно 50% отопления и горячей воды. Siemens-Gamesa построила около Гамбурга теплоаккумулятор мощностью 130 МВтч с 750 ° C в базальте и мощностью 1,5 МВт. Аналогичная система запланирована для Сорё, Дания, при этом 41-58% накопленных 18 МВт-ч тепла будет возвращено для централизованного теплоснабжения города и 30-41 % возвращается в виде электричества.
Зазор смешиваемости сплавы зависят от фазового перехода металлического материала (см.: скрытая теплота ) для хранения тепловой энергии.
Вместо перекачки жидкого металла 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, что означает более быструю «зарядку» и «разрядку» накопителя тепла. Технология пока не получила широкого распространения.
Накопительные нагреватели - 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.
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 в лед, а затем использовать охлаждающую способность льда днем, чтобы снизить потребление электроэнергии, необходимой для удовлетворения потребностей в кондиционировании воздуха.. Накопление тепловой энергии с использованием льда использует большое тепло 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 источника воды. Это позволяет системе выдерживать самые тяжелые условия тепловой нагрузки и продлевает период времени на элементы источника энергии могут возвращать тепло в систему.
Криогенный накопитель энергии использует сжижение воздуха или азот в качестве накопителя энергии.
Пилотная криогенная энергетическая система, использующая жидкий воздух в качестве накопителя энергии и низкопотенциальное отработанное тепло для обеспечения теплового повторного расширения воздуха, работающая на электростанции в Слау, Великобритания, 2010 год.
Твердый или расплавленный кремний обеспечивает гораздо более высокие температуры хранения, чем соли, что обеспечивает большую емкость и эффективность. Он исследуется как возможная более энергоэффективная технология хранения. Кремний может хранить более 1 МВтч энергии на кубический метр при 1400 ° C.
Накопитель тепловой энергии в расплавленном кремнии разрабатывается австралийской компанией 1414 Degrees как более энергоэффективная технология хранения с комбинированным выработка тепла и электроэнергии (когенерация ).
В аккумулирующем теплообменнике (PHES) реверсивная система теплового насоса используется для хранения энергии в виде разницы температур между двумя накопителями тепла.
Одна из систем, которая разрабатывалась теперь обанкротившейся британской компанией Isentropic, работает следующим образом. Он включает в себя два изотермических 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 внепиковую электроэнергию для работы в качестве теплового насоса. Аргон при температуре окружающей среды и давлении в верхней части холодильной камеры сжимается адиабатически до давления 12 бар, нагревая его примерно до 500 ° C (900 ° F). Сжатый газ переносится в верхнюю часть горячего резервуара, 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 за счет обращения цикла. Горячий газ из горячего резервуара расширяется для привода генератора, 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 поршневой машиной с использованием золотниковых клапанов. Избыточное тепло, образующееся из-за неэффективности процесса, отводится в окружающую среду через теплообменники во время цикла разгрузки.
Разработчик заявил, что можно было достичь КПД в оба конца 72-80%. Это сопоставимо с>80%, достижимым при использовании гидроаккумулятора.
В другой предлагаемой системе используется турбомашина, и она способна работать на гораздо более высоких уровнях мощности. Использование материала с фазовым переходом в качестве теплоаккумулирующего материала могло бы дополнительно улучшить характеристики.
Один пример экспериментальной системой 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 полезна для сезонного накопления тепловой энергии, поскольку 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 ее емкость может быть рассчитана на хранение энергии от нескольких месяцев до лет.
В 2013 году голландский разработчик технологий TNO представили 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 23-метровый изолированный водонагреватель, что превышает возможности большинства домашних хозяйств. При использовании технологии солевого гидрата с плотностью хранения около 1 ГДж / м, 4–8 м может быть достаточно.
По состоянию на 2016 год исследователи в нескольких странах проводят эксперименты, чтобы определить лучший тип соли или соли. смесь. Низкое давление внутри контейнера кажется благоприятным для транспортировки энергии. 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 отрицательному воздействию загрязнений CO 2.
Исследуется запасание энергии в молекулярных связях. Достигнута плотность энергии, эквивалентная литий-ионным батареям.
Портал по возобновляемым источникам энергии
