הפריסה העולמית של מקורות אנרגיה מתחדשת לסירוגין - כלומר רוח ופוטוטאיים סולאריים - מציבה דרישה חסרת תקדים על פתרונות אחסון אנרגיה בקנה מידה רשת, בעוד מערכות אחסון חשמליות כמו סוללות ליתיום-יון נשלטות על ידי שוקי השקיה קצרים, עונתי וארוכות ארוך-טווח אחסון תרמי מציע מסלול משכנע לאיזון ולביקוש בחודשים.

שיטות בידוד מסורתיות, לעתים קרובות מאומצות מן הבנייה הגיאוגרפית או הקרקעית הכללית, אינם מספיקים לדרישות אופניים תרמיות ביצועים גבוהים של מערך BTES מודרני. אובדן חום ממאגרי האחסון ישירות לערער את המקדם של ביצועים (COP) של מערכת חימום או קירור, שוחקת את היכולת ברבנות על מחזורי הצלחה, ומקצר את מאגר החיים האפקטיבי ההכרה של הבקבוק הזה, חומרים צוואר הרחם ומהנדסים מתקדמים אלה הפכו את הגרסאות טבעיות של חדשנות מתקדמת במיוחד.

האינטרמודינמיקה ב-Borehole Thermal Energy Storage

הבנת מדוע אי-החלול הסטנדרטי אינו דורש תפיסה ברורה של העברת החום השולטת בפיסיקה בתוך תת-קרקעית.מערכת של BTES פועלת על ידי הפצת נוזל העברת חום באמצעות לולאה סגורה של צינורות (המחליף חום הנבל, או BHE) במהלך שלב הטעינה, החום נדחה לתוך הקרקע שמסביב; במהלך פירוק, הוא מופק.

התאמות סטנדרטיות, המורכבות בדרך כלל מלהיותנוניטי או מלט, מציגות התנהגות תרמית החל מ 0.8 עד 2.0 W/mK. בעוד שזה נראה נמוך, זה גבוה באופן ביקורתי למטרות בידוד כאשר בהתחשב ב ⁇ התרמית בין הליבה אחסון חם לבין כדור הארץ הקר יותר סביב BTES קבוע אחסון, ללא פגע במחסנים סטנדרטיים, ללא פגע, סובלים מתופעה ידועה בשם F:0iral-Firdricricrated עבור ירידה מהירה של אחסון נמוך יותר מ-outcircird ירידה במשקל 40 שנה לאחור הוא איבד חום שלילי ירידה בלחץ שטח קבוע של 40% מ-חום, 000 קבוע של אחסון רגיל של אחסון קבוע מ-חום, 000 קבוע מ-חום, 000 מתוכנן ירידה בינונית ו-חום, 000 קבוע של אחסון רגיל של אחסון קבוע מ-חום, 000 קבוע מ-חום, 000 שנים-חום, 000 ארוך-חום, 000 שנים-חום, 000 שנים-חום, ללא פגעורידמילא-חום, ללא פגעורידמילא-חום, הוא איבד חום-מטווח קבוע ירידה בלחץ נמוך יותר מ-חום, ללא פגע, 000 שנים-חום, 000 שנים קבוע, 000 שנים-חום, 000 קבוע, ללא פגע, 000 קבוע, 000 קבוע ירידה

המונחים: Conventional Borehole Insulation

במשך עשרות שנים התעשייה התבססה על פתרונות מכניים – כגון הצבת צינורות BHE בתוך סקאלה גדולה יותר ומלאת אוויר – או על תוספים כימיים לרווחים סטנדרטיים כדי להפחית את ההתנהגויות התרמיות.

  • (FLT:0) חומר Cycling Fatigue:cioFLT:1) ההתרחבות החוזרת ונשנות וההתכווצות של חומר הזחלות והגרף מוביל למיקרו-פרקינג. שברים אלה, שפעם נוצרו, הופכים לנתיבים מועדים מועדפים למים באגרסיביות.
  • (FLT:0) השפעות הלחץ ההידרוסטטי:FLT:1 [300m +] לחוות לחץ הידרוטי משמעותי.לחץ זה יכול לדחוס בידוד קצף סטנדרטי, ממוטט מבנים סלולריים והתנהגויות מוצקות של המדינה.
  • (FLT:0Chemical Degradation:FLT:1 Groundwater כימיה הוא משתנה מאוד. Acidic או alkaline תנאים, יחד עם נוכחות של מלחים מומסים או פחמימנים, יכול לתקוף פולימרים סטנדרטיים (PVC, HDPE) ו grouts מבוסס מלט לאורך זמן, דקת קירות צינורות ועלייה טרנסיבית.

המוקד ההיסטורי של התעשייה על הורדת ה-FLT:0 (התקנה מחדש) עלות שדה ההרובות לעיתים קרובות התעלמו מסיכוןי הביצועים לטווח הארוך הללו.התוצאה הייתה ירידה צפויה ביעילות המערכת שהחלה כמעט מיד לאחר הגשתה.

פריצת דרך ב High-Performance Borehole Insulation

הדור האחרון של חומרי בידוד של עקרב ישירות מתייחס לחסרונות של שיטות קונבנציונליות.אלה אינם שיפורים מצטברים אלא שינויים פרדיגמות במדע החומרי, להתמקד בהנדסה ננומטרית, אחסון חום מאוחרת וטכנולוגיה ואקום.

המונחים: Aerogel-based Blankets and Composite Grouts

סיליק ארגל עומד כאחד מהמבודדים התרמיים היעילים ביותר אי פעם הנדס, המתגאה מוליכות תרמי נמוך כמו 0.015 W/mK - מעט מעל זה של אוויר יציב.האתגר תמיד משלב חומר מתפתל, אבקה לתוך מדווה חזק, התקדמות ייצור לאחרונה יצרו שמיכה גמישה, אלה הם דקים, חזקים של סדינים מורכבים של סיביל או סיביל מחדש.

ביישומים של עפעפיים, שמיכות אלה יכולות להיות עטוף ישירות סביב צינורות BHE לפני ההתקנה.השמיכה יוצרת הפסקה תרמית ביצועים גבוהים בין צינור נוזל לבין עמודה החיצוני של גרנולס, aerogel granules משולבים ישירות לתוך מסלולים מלטיים או פולימריים (REL) ממשיך את המוליכים העיקריים של גרפלט אנרגיה 10Gal-entenhanceout גבוה יותר מאשר שמיכות עצמו (pexrexi) עדיין סטנדרטית צמיחה מהירה עד 0.05 עדיין סטנדרטית, למרות שעדיין עומד עלות של 20.

חומרים לשינוי שלב (PCMs) עבור Thermal Buffering

במקום רק להתנגד לזרימת חום, חומרים של שלב שינוי (PCMs) סופגים באופן פעיל ושחררו כמויות גדולות של חום מאוחר במהלך המעבר שלהם מ מוצק לנוזל או להיפך בטמפרטורה מסוימת.כאשר משולבים לתוך השבר האחורי, PCM פועל כמו קפיטור תרמי במהלך תקופות טעינה מוצק (למשל, מערך תרמי קיץ), ה-PCM סופג חום עודף כמו התכה, למנוע את הטמפרטורות המיידיות לתוך נוזל חום מאוחסן לתוך חום מאוחר.

פעולה זו של אחסון ב-EA מספקת שני יתרונות נפרדים.ראשון, היא חלקה את העומס התרמי על הקרקע, צמצום תנודות הטמפרטורה של שיא-to-peak שגורם עייפות מכנית בלולאות הקרקע ו- grout.II, היא מגבירה את היכולת התרמית האפקטיבית של שדה ההרובות הנוכחי מבלי לדרוש הדבקה עמוקה יותר או עפעפיים נוספות של PCM כוללים שעווה פרפין (stable, noncorrosive) ומלחים מתקדמים (מספקטמפולטיביים) ו-Folated) ו-Folated מחקר על פני שטח (מחדש) ו-Foltendal Relimatealated) ו-Foltendancedancedancedancedance) ו-Ratedancedancedancedancedancedancedancedancedancedance) ו-Rate (מחדשהמרכזיבית (מחדשהרחבהת: 40) על פני למערכות אבטחה גבוהה יותר מ-Foltenltenltenoltenlated System) ו-Rateliated System (מחדשני) על פני למערכות אבטחה גבוהה יותר של מערכת אבטחה גבוהה יותר של מערכת אבטחה גבוהה יותר של מערכת אבטחה גבוהה יותר

ננו-חומר-Enhanced Coatings and Films

בקנה מידה הקטן ביותר, ננוטכנולוגיה מאפשרת יצירת ציפויים מתקדמים שמשנים כיצד חום אינטראקציה עם משטח צינור הבלוט.אלה אינם רק בממריצים אלא ממריצים משטח אסטרטגי. Graphene ו- Carbon nanotube (CNT) המבוססים על צבעים, למשל, מציגים את הנימוק הנמוך ביותר בספקטרום אינפרא אדום.

ציפויים ננו-קומוטאיים יותר מפותחים עבור החיצוני של החשיכה. ציפויים אלה משלבים רפלקטיביות תרמית גבוהה עם התנגדות כימית גבוהה יותר.כמה גרסאות ניסיוניות כוללות מיקרוספירות קרמיקה (דומה לאלה המשמשים בציורים מסולקים לבניינים) מפוזרים במעבורת epoxy. ⁇ אלה יוצרים מבנה רב-שכבות מחוספסים אשר באופן דרמטי של חום, יתר על פני השטח הקרמיקה או ממתכת.

Vacuum Insulation and Gas-Filled Panels

עבור יישומים הדורשים את ההתנגדות התרמית הגבוהה ביותר, מהנדסים מתאימים פאנלים ו-VIPs מבודדים (VIPs) לשימוש ב-Hol.A VIP מורכב מחומר ליבת נוקשה, ⁇ (בדרך כלל מאוישים אחליקה או סיבים) אשר מפונה וחתומה בתוך המעטפה גז-אט.

האתגרים של VIP של נחור הם עצומים.לחץ הידרוסטטי בעומק יכול בקלות למחוץ את המעטפה או לכפות את חומר המעטפה להיכנע. כדי להתמודד עם זה, החוקרים מפתחים VIP עבות, קשיחות שפועלות כמרכיבים מבניים של החשיכה המסתובבת עצמה.טכנולוגיה קשורה, לוחות גז-Filled (GFPs), משתמשת בגזים מוליכים נמוך כמו אגנון או פריפטון בלחצים אטמוספירטיים אלה, בעוד שבתוך אטמוספירה נמוכה יותר מאשר לחץ קצר יותר מאשר מול RMFF פתוח חזק יותר מאשר לחץ חזק יותר.

קביעת תוחלת החיים המורחבת והטבות כלכליות

מעבר לנכסים חומריים, הצעת הערך הליבה של בידוד של עצמות משופר היא הרחבה ישירה של תוחלת החיים של המאגר והפחתה בעלות המטבולית של אחסון אנרגיה תרמית (LCoTES) סטנדרטי BTES לעתים קרובות חווים השפלה ביצועים תרמיים של 1-2% בשנה בשל ריצוף קרקע וסחף חום.עם בידוד מתקדם, סחף זה יכול להיות מופחת לרמה כמעט אפס.

היתרונות הכלכליים באים לידי ביטוי בשלושה תחומים עיקריים. ראשית, שיעורי התאוששות תרמיים גבוהים יותר (למשל, 85% לעומת 60% בחנות עונתית) כלומר שדה נחור קטן יותר יכול לשרת את אותה העומס התרמי, באופן ישיר צמצום ההוצאות הון על קידוח.שני, על ידי צמצום מתח רכיבה תרמי, מרווח תחזוקה עבור משאבת חום וציוד לקרקע מורחבת לעתים קרובות.

הפרדה מעשית ואינטגרציה לתוך בניין הבור

יישום חומרים מתקדמים אלה דורש שינויים פרוצדורות סטנדרטיות של קידוח ועיבוד. שמיכות Aerogel, למשל, חייב להיות מוגן מדמיע במהלך ההתקנה. בדיקות קואקסיאליות עם שכבות בידוד משולב מציע פתרון, שינוי המורכבות מן השדה למפעל, הבטחת בקרת איכות.

אבטחת איכות היא חובה.מבחן התגובה הרמימאל (TRTs) הם השיטה הסטנדרטית למדידה מוליכות תרמית של השחלה. עבור בידוד מתקדם, פרוטוקול TRT שונה נדרש כדי ללכוד במדויק את מוליכות הנמוכה ואת קיבול גבוה תרמי של חומרים חדשים.שילוב חיישן מתקדם, כגון טמפרטורה מחוסמת (DTS) סיבים אופטיים לצד ביצועים תרמיים של ביצועים גבוהים של רזולוציה גבוהה של נתונים מופעלת על פני הטמפרטורות ארוכות טווח זה.

מעבר לגדרות ולחזות את הכיוונים העתידיים

למרות ההבטחה שלהם, חסמים משמעותיים לאימוץ המוני נותרים.עלות נותרה הגורם העיקרי. שמיכות ו-VIPs הם יקרים משמעותית לנפח יחידה מאשר ®ntonite grout. לטווח ארוך נתונים בסביבה כימית ומכניסטית ריאלית עדיין נאסף.התעשייה חסרה פרוטוקולים סטנדרטיים סטנדרטיים (למשל, מ- ASHRAE או ISO) במיוחד עבור אלה בידוד חדש, מה שהופך אותו למהנדסים קשים ל-NV, אך לא ל-NVMADIQ, אך לא ל-PC, בנוסף לחומרים מתקדמים יותר.

חידושים עתידיים יתמקדו כנראה על חומרים ביו-קודש ותואמים גיאוכימיים. ⁇ -עצמיים המשלבים חיידקים או מיקרו-קמפוזרים פולימרים כדי לפתור באופן אוטומטי את הבעיה ארוכת השנים של עייפות בשלישת אופניים תרמית.גבול נוסף הוא התפתחות של בידוד "חכם" או מיקרו-קפטי, שבו התכונות התרמיות של החומר ניתן לעבור דינמיות (למשל, באמצעות אלקטרו-כ"מפלקס או מגנטיות על בסיס של השפעות פעילות), אך הן לא מהוות גורם ממשיות על גבי רשת אמיתית של חומרים אלה).

מסקנה

השינוי לקראת מערכת אנרגיה מתחדשת לחלוטין דורש כי אחסון תרמי נע מעבר פתרונות פשוטים, זולים עלות נמוכה ומימוש ביצועים הנדסיים.חדשנות ב בידוד חם חם חם כי הם חומרים צמחיים ושלב לשנות חומרים לציפויים ננו-חומריים ולוחי ואקום - לספק את ערכת הכלים הטכניים הדרושים כדי לבנות מערכות BTES כי הם יעילים, יציבים, השקעה, ויציבות לאורך עשרות שנים.