ניהול אנרגיה רעיל

אחסון האנרגיה התרמוכימי (TCES) מייצג שינוי פרדיגמה כיצד אנו מאחסנים ושולחים אנרגיה עבור יישומים ארוכי טווח.בניגוד סוללות קונבנציונליות לאחסון אנרגיה חשמלית ישירות, או אחסון חום הגיוני המסתמך על ⁇ טמפרטורה, TCES ממנתגת תגובות כימיות ניתנות לספוג, לאחסן, ושחרור אנרגיה תרמית עם הפסדים מינימליים לאורך זמן.

הערעור של TCES טמונה ביכולתו של דור הכוח של ה- TCES לחלוף תקופות החל מתקופות ימים עד עונות שלמות.כפי ששיתוף מקורות אנרגיה מתחדשים משתנים כגון השמש והרוח ממשיך לגדול, הצורך בהסתברות, בעקביות גבוהה, אחסון ארוך טווח הופך קריטי.מערכות TCES יכולות להשתלב עם ריכוז של תחנות כוח סולאריות, שיקום חום תעשייתי, ואפילו כוח בקנה מידה, המציע נתיב גמיש למערכת אנרגיה מתחדשת לחלוטין.

כיצד פועל אחסון הירוכימיקלי

בליבתו, מערכת TCES כוללת כור כימי, כלי אחסון עבור מגיבים נפרדים, ורשת החלפת חום. במהלך הטעינה, אנרגיה תרמית מניע תגובה עקרמית, שוברת אג"ח כימי ויצירת מוצרים עתירי אנרגיה גבוהים.מוצרים אלה מאוחסנים בנפרד עד השחרור, בנקודה שבה הם מוחזרים בתגובה חיצונית מבוקרת כדי לייצר חום בטמפרטורה שימושית.

משפחות תגובה נפוצות כוללות:

  • (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0)Carbonation /calcination of Metal CarbonatesFLT) 1:1 - למשל, CaCO3 ⁇ CaO + CO2; תגובות עתיריות גבוהות המתאימות לשילוב CSP.
  • (FLT:0) Hydroxide decompositionFIRLT:1 ; לדוגמה, Ca(OH)2 ⁇ CaO + H2O; טווח טמפרטורה מתון (400-600 ° C) עם ניתוק מעולה.
  • (FLT:0) תגובות של תחמוצת מתכת חמצני:1 ; לדוגמה, 2Co3O4 ⁇ 6CoO + O2; להשתמש באוויר כתגובה, הימנעות מבעיות אחסון גזי.
  • (FLT:0) סינתזה / decompositionFLT 1:1 - זרז מבוסס Fe מאפשר את מחזור Haber-Bosch קלאסי לאחסון אנרגיה.

כל סוג תגובה מציע טווחי טמפרטורה נפרדים, נחיתות אנרגיה, ומאפיינים של אופניים, מה שהופך את הבחירה החומרית גורם עיצוב קריטי.

התקדמות חדשה בחומרים ותגובה

מלחים מלחים ו הידרוקסידים

פריצות דרך אחרונות במחקר hydrate מלח התמקדו מנגנונים של השפלה נפוצה כגון deliquescence, התכה, ו agglomeration. החוקרים פיתחו מבנים מורכבים המטביעים hydrate מלח במכבס - ג'לים silica, zeolites, וגרף מורחב - אשר משפר התנהגות תרמית, להגביל את המלח בתוך פוד יציב, ולשמור על עמידות לדוגמה, מגנזיום (Clmua) הוכחודות מופעלות על מחזורי לחץ דם נמוך יותר מ-ידי פחמן / Rcicials) ו- 000 000 מופעלת על מחזורים (Ricials) 000 000 000 000 000 לחץ דם מופעלת על פני 100 ג'רגן) 000 000 000 000 000 000 000 000 000 לחץ דם מתוחכמות) 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 לחץ דם מתוחכמות לחץ דם מתוחכמות לחץ דם מתוחכמות) סגסוגת לחץ דם מתוחכמות לחץ דם נמוך יותר ויותר - 000 לחץ דם מתוחכמות לחץ דם מתוחכמות לחץ דם מתוחכמות לחץ דם מתוחכמות לחץ דם מתוחכמות לחץ דם מתוחכמות לחץ דם נמוך יותר מדידות מופעלת על פני מערכת לחץ דם נמוך יותר מדיקר נמוך יותר מדידות מופעלת על פני מערכת לחץ דם מתוחכמות לחץ דם מתוחכמות לחץ דם מתוחכמות לחץ דם

Metal Oxide Redox Systems

Redox מבוסס TCES צבר תאוצה כי זה נמנע מהצורך להתמודד עם גזים קורוזיים כמו CO2 או NH3. Cobalt תחמוצת (Co3O4/CoO) ו- oxide מנטאני (Mn2O3/Mn3/Mn3O4) מציעים ניתוח עתיר (800-1200 מעלות צלזיוס) והתאמה מצוינת עם מקלטים סולאריים אחרונים הוכיחו כי הם יכולים להפחית את טמפרטורת השמש או להפחית את החמצן של מחזור האווירית של שעות הנשימה של מחזור השמש.

Ammonia מבוסס TCES

ammonia סינתזה היא אחת התגובות הכימיות הידועות ביותר בקנה מידה תעשייתי.שימוש בו לאחסון אנרגיה כרוך מחיקת אמוניה לתוך חנקן ומימן (עברמית, 400-700 מעלות צלזיוס) ולאחר מכן סינכרון מחדש של צפיפות אנרגיה דחוסה (exthermic) כאשר כוח הוא צורך לאחרונה.

חומרים Composite ו Additives

כדי להתמודד עם מוליכות תרמית ירודה אופיינית לגיבים מוצקים, החוקרים משלבים תוספים התנהגותיים כגון מחזורי גרפים, צינורות פחמן, או קצף מתכתי.החומרים האלה לא רק לשפר את העברת החום, אלא גם מספקים יושרה מבנית באמצעות התרחבות חוזרת מחזורי צפיפות רומן, כמו עיבוד סוליגל והקפאת אנרגיה המאפשרת יצירת מבנים אימפולסיביים לאחור של 10% משטח C3 / RVDV פחות מ-JFD.

השוואה עם טכנולוגיות אחסון לטווח ארוך

Lithium-Ion Batteries

סוללות Li-ion לשלוט באחסון קצר, אך הן עומדות בפני מגבלות כלכליות וחומריות מעבר ל-4-8 שעות, צפיפות האנרגיה שלהן (0.5–0.7 GJ/m3) נמוכה משמעותית מ-TCES, ושיעורי טעינה עצמית של 2–5% לחודש אינם יכולים להזניח לאחסון עונתי, יתר על כן, ירידה בסוללה מעל אלפי מחזורים עדיין בעיה נמוכה יותר:0-Ftruptrea-upal יעילות עבור 40% (4%) אך ניתן לאחסן חומרים לא ניתן לרכוש אנרגיה (%-pty-to-to-pty) אך גם אם כי אם כי אם כי אם כן, כולל 40%) אך ורק 40% (%-4%) עם 40% מ-4% מ-4% מ-4%) אך ורק 40%) עם פחות מ-4% מ-65 חודשים (% מ-4% מ-4% מ-4% מ-4%) אך ורק לאחר מכן, לעומת 40-4% מ-pty-ply-ply-pty-pty-ply-pty-pty-ply-pty) עם השפעות חום (%) אך ניתן לרכוש השפעות חום (%) עם פחות מ-65 חודשים (%) אך ניתן לרכוש כמות של פחות מ-4%) אך ניתן לרכוש השפעות

אחסון הידרו

הידרוד משובש הוא אחסון המכהן הנוכחי לאחסון ארוך, עם - 90% יעילות עגולה ועלויות נמוכות. עם זאת, את המגבלות הגיאוגרפיות שלה ואת ההיקף הסביבתי של ההשפעה על איכות הסביבה. TCES ניתן לאתר כמעט בכל מקום, יש צפיפות אנרגיה גבוהה הרבה יותר (עד 10× גדול יותר נפח יחידה), ולהימנע מעלויות ההנדסה האזרחית העצומה של המאגרים.

ארכיון תגיות: Malten Salt Thermal Storage

מערכות מלח מולטן (מלחים ניטריים באופן קטי) הן המדינה- of-the-art עבור צמחי CSP, אחסון חום הגיוני ב 290-565 מעלות צלזיוס. צפיפות האנרגיה שלהם היא כ-0.5-0.7 GJ/m3, והפסדי חום עם משך אחסון עקב משאבה טסיטית ומתקני בידוד.TCES יכולים לאחסן את אותה כמות של אנרגיה בשבריר של 24 שעות ביממה, במיוחד, כי הם הופכים להפסדים מקיפים יותר מאשר חום יציבים.

היתרונות העיקריים של אחסון אנרגיה ארגומי

הכחדת אנרגיה גבוהה ומשך זמן רב

עם תצפיות אנרגיה תיאורטיות של 2-5 GJ / m3 (בהתאם לתגובת), TCES יכול לאחסן כמה ימים שווה של אנרגיה ב טביעת רגל קומפקטית. מערכות מעשי כבר להפגין 1.5-2.5 GJ / m3, הרבה מעבר מלח מלוטש או אפשרויות סוללה. קומפקטיות זו מפחיתה את השימוש הקרקע, עלויות הבנייה, דרישות החומר.

המונחים: self-Discharge

אולי היתרון המשכנע ביותר לאחסון עונתי: ברגע שהמוצרים הכימיים מופרדים ומאוחסנים בטמפרטורה מאוזנת, האנרגיה המאוחסן נותרה נעולה באג"ח כימי ללא הגבלת זמן.לא נדרשת בידוד תרמי במהלך האחסון, ואין צריכת אנרגיה פרציטית.זה הופך את TCES אידיאלי ללכידת אנרגיה סולארית נוספת להתחממות החורף, או עודף אנרגיה רוח למשך מאוחר יותר.

סקלאלה ומודולריות

כורים TCES יכולים להיות בנויים כיחידות מודולריות - מ -100 מערכות מגורים וואטיות עד 100 צמחי רשת מ"ואטים. אותה כימיה ניתן להתאים לקשקשים שונים באמצעות מיכלי תגובה סטנדרטיים ורכיבי טיפול בגז.מודולריות זו מקטין את עלויות הייצור באמצעות ייצור המוני וסימולציות תחזוקה על ידי מתן אפשרות של יחידות על ידי הפעלת מערכת ללא סגרה.

יתרונות סביבתיים ובטיחות

רוב חומרי המועמד TCES -calcium Carbonate, מגנזיום תחמוצת מתכת - הם בשפע, לא רעיל, ומחזורי מחדש.אין יסודות נדירים של כדור הארץ או מינרלים קונפליקטים נדרשים.סיכון אש נמוך באופן דרמטי מאשר סוללות ליתיום, והמערכות פועלות בבטחה, הכלול לחצים.סוף החיים של סילוק הוא פשוט, וחומרים רבים יכולים להיות מנוצלים ישירות בתעשיות מלט או דשן לאחר פירוק.

אתגרים וכיוונים מחקר נוכחיים

חומר Degradation ו Cycling יציבות

רכיבה תרמית חוזרת יכולה לגרום לחטא, agglomeration, או הפרדה בשלב זה להפחית את פני השטח תגובתי ותחת צפיפות האנרגיה לאורך זמן. מלחים מוברחים נוטים להמיס ולחדש בעיות, בעוד פחמן סובלים מנפיחות על ידי חלקיקים דקים.מחקר לתוך מעכבי טמפר גבוה, ציפויים מבנים, ותגובה מתקדמת היא לטפל בשכבה מתקדמת של אטומית של אטומית, הוא טיפול פעיל על ידי אלגוריתמים של אטומית, כי הוא טיפול ב אלגוריתמים, 000.

העברה חום ועיצוב תגובה

מגיבים חד-פעמיים לעתים קרובות יש מוליכות תרמית ירודה (0.1-1 W/mK), הגבלת קצב העברת חום במהלך טעינה ופירוק.אסטרטגיות כוללות כור מיטה נוזלי, המספק מגע גז-סולידי מצוין והעברות חום; החלפת חום עקיף באמצעות צינורות מוטבע עם נוזלי העברה חום; ומערכות מיטה נעות כי לתקן חלקיקים בין כור לבין מערכת אחסון.

ניכוי עלויות

כיום, מערכות TCES יקרות יותר ממלח או אחסון סוללה על בסיס per-kWh, בעיקר בשל מורכבות הכור ועלות ההון של ציוד טיפול גז.עם זאת, עלות תחזיות של סוכנות האנרגיה הבינלאומית (IEA) מציע כי עם ייצור המוני של מודולים סטנדרטיים סטנדרטיים, TCES יכול להגיע 20-30/kWh עד 2030 - אווירה תחרותית עם הידרו-מרפאה הוא גם לחקור תצורה של מיכליבית (מחדש) לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, אחסון פחמן-חמצני.

שילוב עם Power Grids ומקורות חדשים

חיבור TCES לרשת החשמל הקיימת דורש המרה יעילה של חום-לחשמליות. Super Critical CO2 Brayton מחזורים ומחזורי קיטור מתקדמים יכולים להשיג 50%+ יעילות בטמפרטורות גבוהות הזמינים ממערכות Redox ו-Ammonia.בינתיים, את האופי לסירוגין של חום השמש ניתן להחליק על ידי הפיכה TCES עם buffers תרמיים או על ידי הפעלת כורים במצב חצי-קרב.

פרויקטים אמיתיים ופרויקטים אמיתיים

פריסות טייס כבר מדגים את יכולתה של TCES בקנה מידה.פרויקט TES-Box בשוודיה משתמש במערכת hydroxide 5MWh מגנזיום לאחסון חום מצמח ביומסה לחימום מחוזי. באוסטרליה, אבטיפוס מבוסס 10ton Ammonia מבוסס TCES שנבנה על ידי אוניברסיטת ⁇ מספק כוח גיבוי עבור ניתוח כרייה מרחוק.

פרויקטים אלה מאמתים את הטכנולוגיה הליבה ומספקים נתונים עבור הגדלה.הם מדגישים גם את הגמישות של TCES: משיקום חום פסולת תעשייתי (שם טמפרטורות גבוהות מדי עבור hydrates אבל אידיאלי עבור תחמוצת מתכת) לחום תהליך סולארי לייצור כימי, טווח היישומים ממשיך להתרחב.

תחזית לעתיד ומסקנות

אחסון האנרגיה הירומכימי צפוי לשחק תפקיד מרכזי בהשגת פחמן עמוק של מגזר החשמל.בעוד אתגרים הנדסיים משמעותיים נשארים - במיוחד ביציבות החומרים, עיצוב הכור ועלות - קצב מהיר של חדשנות הוא צמצום הפער בין אבטיפוס מעבדה לבין פריסה מסחרית.

במבט קדימה, העשור הבא צפוי לראות את הצמחים הרב-שעה הראשונים המחוברים לרשתות לאומיות, מונעים על ידי עלויות הנפילה של חשמל מתחדש והביקוש הגדל לעוצמה אמינה, משלוח נקיה. כמו הטכנולוגיה הבוגרת, זה יכול להיות עמוד השדרה של תשתית אחסון לטווח ארוך, השלמת סוללות עבור איזון לטווח קצר ומשאבה עבור תאימות גיאולוגית גבוהה או רוח מוגבלת, תכונות אחסון חלופיות, אחסון אוויריות, או שטח פתוח, אחסון פתוח, ומאובטח,.

In summary, advances in thermochemical energy storage are not just incremental improvements—they represent a fundamental shift toward chemically-based, long-duration power supply that can bridge the gaps between generation and demand on timescales that matter for a fully renewable grid.(ב) .