Termokimya Enerji Depolamayı Anlamak

Termokimyasal enerji depolama (TCES), enerji depolamak ve uzun süredir enerji sevk etmek için bir paradigma değişikliği temsil eder. Temel ilke, elektrik enerjisinin doğrudan veya sıcaklık yüksek oranda depolanabilecek olan ürünlere kıyasla, TCES, enerji ihtiyacı olduğunda, eski enerji tüketimine karşı geri dönüşümlü reaksiyonları azaltır ve ısıtılır.

TCES’nin çağrısı, güneş ve rüzgar gibi değişken yenilenebilir enerji kaynaklarının paylaşımı, uygun fiyatlı, yüksek çözünürlükte, uzun vadeli depolama sistemleri, güneş enerji santralleri, endüstriyel atık ısı kurtarma ve hatta ızgara ölçekli bir enerji blokları ile entegre edilebilir.

Termokimyasal Depolama Nasıl Çalışır

Onun özünde, bir TCES sistemi kimyasal bir reaktör, ayrı tepki verenler için bir depolama gemisi ve şarj sırasında, termal enerji bir endoterapist reaksiyonu alır, kimyasal bağlar kırılır ve yüksek enerji ürünleri yaratır.Bu ürünler deşarja kadar ayrı depolanır, bu noktada yararlı bir sıcaklıkta ısıtılır.

Ortak reaksiyon aileleri şunları içerir:

  • [FONT:0)Hydration/dehidrasyon sıvısı [Döntgen: 1 ) – e.g., MgSO4· 7H2O ⁇ MgSO4 + 7H2O; su buharı, çalışma sıvısı olarak hareket eder, kompakt depolama sağlar.
  • [FONT:0) Metal karbonatlarının ([Dönetici)/kalsitasyonu ([Dönetici:0)) - e.g., CaCO3 ⁇ CaO + CO2; CSP entegrasyonu için uygun yüksek sıcaklık reaksiyonları.
  • [FONT=0]Hydroksit decomposition[Dönetici: .g., Ca(OH)2 ⁇ CaO + H2O; orta sıcaklık aralığı (400-600°C) mükemmel bir yenidenzibilite ile.
  • [FONT=0) Metal oksitlerin Redox reaksiyonları [DÜDÜT:1] – e.g., 2Co3O4 ⁇ 6CoO + O2; tepki olarak havayı kullanın, gaz depolama problemlerinden kaçının.
  • [FONT:0]Ammonia sentez/decomposition[DÜT:1] – Fe- bazlı katalizörler, enerji depolama için klasik haber-Bosch döngüsünü etkinleştirir.

Her reaksiyon türü farklı sıcaklık aralıkları, enerji kesintileri ve bisiklet özellikleri sunar, malzeme seçimi kritik bir tasarım faktörü yapar.

Malzemeler ve Reaktörlerdeki Son Gelişmeler

Roman Salt Hydrates ve Hydroxides

Tuz hidrat araştırmalarındaki son atılımlar, poliksantrik, erime ve agglomerasyon gibi ortak bozulma mekanizmaların üstesinden gelmeye odaklandı. Araştırmacılar, şekerli spermlerin üzerinde 100+ döngüsü üzerinde aktif bir şekilde bisiklet gösterdiler - enerji kirliliği 1.5 GJ /m3'ün üzerindeki artışlar ile -ve bu da tuzları stabil bir şekilde koruyor ve reaksiyona bağlı olarak da homojenliği koruyor.For example, magnezyum klorür (MgCl2) hexahidratlar 100+ döngüsünde 100+ döngüyü göstermiştir.

Metal Oksit Redox Systems Systems

Redox tabanlı TCES ivme kazandı çünkü CO2 veya NH3 gibi koreal gazları işlemek için ihtiyaç duyuyor. Cobalt oksit (Co3O4/CoO) ve manganese oksit (Mn2O3/Mn3O4) yüksek sıcaklık işlemi (800-1200°C) ve güneş alıcıları ile mükemmel bir uyumluluk göstermiştir ki, demir veya oksijen değişimi ısıtılabilir ve oksijen değişimi kinezini artırabilir.

Ammon-a.

Ammon sentez, bir endüstriyel ölçekte en iyi tepki veren kimyasal reaksiyonlardan biridir. Enerji depolama için kullanmak, azot ve hidrojene (endmik, 400 °C) ve daha sonra tekrar-synthesizinga (exmic) tarafından desteklenen, son zamanlarda, Gütürülküllü enerji verimliliğine sahip 150 kW'lık bir birimdir.

Kompozit Malzemeler ve Katkılar

Katı tepki verenlerin zayıf termal iletkenliği ile uğraşmak için, araştırmacılar, grafik olarak flakes, karbon nanotüpler veya metalik köpükler gibi iletken katkı maddeleri dahil ediyorlar.Bu kompozitler sadece ısı transferini geliştirmez, ancak aynı zamanda yapısal bütünlüğü tekrarlanan genişleme ve sözleşme döngüsü ile de sağlar.

Diğer Uzun Süreli Depolama Teknolojileri ile Karşılaştırma

Lityum-Ion Pilleri

Li-ion aküleri kısa süreli depolamaya hükmediyor, ancak 4–8 saat ötesinde ekonomik ve maddi kısıtlamalarla karşı karşıya kalıyor. enerji yoğunlukları (0.5-0.7 GJ/m3), ayda 2-5% arasında önemli ölçüde düşük ve sıcaklık-enerji dönüşümü dahil olmak üzere% 40-65'lik bir maliyetle enerji depolayamaz.

Pompalanmış Hidro Depolama

Pompalanmış hidrokarbon, uzun süredir mevcut yetersiz enerji yoğunluğudur (yaklaşık% 90'a kadar) ve rezervuarların muazzam sivil mühendislik maliyetlerini engeller. Bununla birlikte, TCES, su erişilebilirliğinin neredeyse her yerde olduğu doğal bir çiftleştiricidir.

Molten Salt Termal Depolama

Molten tuz sistemleri (tipik olarak nitrat tuzlar) parasitik pompalama ve tank yalıtım gereksinimleri nedeniyle enerji miktarını 290-565°C'de depolayın ve depolama sırasında enerji yoğunluğu yaklaşık 0,5-0.7 GJ /m3 ve ısı kayıplarının artması özellikle 24 saat boyunca depolama süresine göre önemlidir.

Termokimya Enerji Depolamanın Anahtar Avantajları

Yüksek Enerji Yoğunluğu ve Uzun Süreli Süre

2-5 GJ/m3 teorik enerjileri ile ( reaksiyona bağlı olarak), TCES, kompakt bir ayak izi olan enerji değerinde birkaç gün depolayabilir. Pratik sistemler zaten 1.5-2.5 GJ /m3, çok fazla molten tuz veya batarya seçenekleri ortaya koyar.

Yakın zamanda Zero Self-Discharge

Belki mevsimsel depolama için en çekici avantaj: Kimyasal ürünler bir kez daha çevre sıcaklığında depolanır ve depolanır, depolanan enerji süresiz olarak kimyasal bağlarda kilitlenir. depolama sırasında ısı yalıtımı gerekli değildir ve daha sonra aşırı yaz güneş enerjisi elde etmek için bir parasitik enerji tüketimi yoktur.

Scalability and Atariity

TCES reaktörleri modüler birimler olarak inşa edilebilir - 100 kWth konut sistemlerinden 100 MWth ızgara tesislerine kadar. Aynı kimya standart reaksiyon konteynerleri ve gaz işleme bileşenleri kullanarak farklı ölçeklere adapte edilebilir. Bu modülerlik, üretim maliyetlerini toplu üretim yoluyla azaltır ve birim-by-unit servisine izin vermeden basitleştirir.

Çevre ve Güvenlik Faydaları

Çoğu TCES adayı materyali -calcium karbonat, magnezyum oksit, metal oksitler - bol miktarda, toksik olmayan ve yeniden kullanılabilir. nadir olmayan toprak elementleri veya çatışma mineralleri gerekli değildir. Yangın riski, lityum bataryalardan dramatik olarak daha düşük ve sistemler güvenli bir şekilde çalışır, baskılar bulunur. End-of-life tasarruf basittir ve birçok malzeme doğrudan çimento veya gübre endüstrilerinde yeniden kullanılabilir.

Meydanlar ve Current Research Yol

Malzeme Degradasyon ve Bisiklet Stability

Tekrarlanan termal bisiklet, yüksek sıcaklık sintering veya faz segregasyona neden olabilir ve zamanla daha düşük enerji yoğunluklarını azaltır.Hitelif tuzlar CaO parçacıkları üzerinde bir ışıklandırma problemlerine eğilimlidir, karbonatlar yüksek sıcaklık sintering inhibitörlerine yapılan araştırmalarda, nanoyapıt kaplamaları azaltır ve gelişmiş reaksiyon kontrol algoritmaları bu sorunları aktif olarak ele alır. Örneğin, CaO parçacıkları üzerindeki bir ışıklandırma katmanı, 100 döngüler boyunca reaktiviteyi korumak için göstermiştir.

Heat Transfer and Reaktör Design

Katı-faksiyon reaksiyonları genellikle düşük ısı iletkenliği (0.1-1 W/mK), şarj ve discharging sırasında ısı transfer oranlarının sınırlandırılması ve ısı geçişi ile gömülü olan sıvılaştırılmış yatak reaktörleri içerir ve bu da mükemmel gaz-solid iletişim ve ısı transferleri sağlar; ısı transfer sıvıları ile gömülü borular ile bağlantılarını kullanarak dolaylı ısı geçişi sağlar ve bir reaktör ve bir depolama siloları arasındaki partikülleri dağıtır. C ⁇ sıvı dinamikleri (CFD) ve ayrık element yöntemi (DEM) ve ayrık olarak simülasyonlar.

Maliyetleri Azalt

Şu anda, TCES sistemleri, standartlaştırılmış reaktör modüllerinin kitlesel üretimi ile, 2030 yılına kadar 20-30/kWh'ye ulaşabileceğini ve ayrıca çalışan gaz işleme ekipmanının maliyetinin de (IEA) tarafından tahmin edildiği gibi, CO2'nin atmosferden 20-30/kWh'ye ulaşmasını önerebilir.

Power Grids ve Yenilenebilir Kaynaklar ile entegrasyon

Mevcut elektrik şebekesine TCES'nin bağlanması, verimli ısı-enerji dönüşümü gerektirir. Superkkron CO2 Brayton çevrimleri ve gelişmiş buhar Dereceleri Avrupa Birliği (e.g., TCES-h2020) ve ABD'nin iç içe geçmiş doğası, yarı-bat modunda çalışan reaktörlerle ısıtılabilir.

Uygulamaları ve Gerçek Dünya Projeleri

Pilot dağıtımları zaten TCES'nin ölçeklendirmesini gösteriyor. İsveç'teki TES-Box projesi, ilçe ısıtma için bir biyokütle tesisinden ısıyı depolamak için 5 MW'lık bir magnezyum hidroxide sistemi kullanıyor. Avustralya'da, 10ton amonyak temelli TCES prototipi, Gansu eyaletindeki 100 MW CSP tesisinin, 8 saate kadar kalsiyumluyumlu bir araya gelmesi için bir araya geldi.

Bu projeler temel teknolojiyi doğrular ve ölçeklendirme için veri sağlarlar. Ayrıca TCES'nin yanlışlığını da vurguluyorlar: endüstriyel atık ısı kurtarma (kısalar için çok yüksek, ancak metal oksitler için ideal) güneş proses ısısı için, uygulama aralığı genişlemeye devam ediyor.

Future Outlook ve Sonuç

Termokimyasal enerji depolama, güç sektörünün derin dekarbonizasyonunu elde etmek için önemli bir rol oynamaya hazırlanmaktadır. Önemli mühendislik sorunları kalırken -özellikle malzemelerde istikrar, reaktör tasarımı ve maliyet - inovasyonun hızlı hızı laboratuvar prototipleri ve ticari dağıtım arasındaki boşluğu daraltmaktadır.

Önümüzdeki on yıl muhtemelen ulusal ızgaralara bağlı ilk çok saatlik TCES bitkilerini görecek, yenilenebilir elektrik ve büyüme talebinin yüksek güneş veya rüzgar potansiyeli ile sınırlı su veya toprak kaynakları için iyi bir şekilde geri dönüşebilir, uzun vadeli depolama altyapısı için bataryalar tamamlayabilir ve geologic fizibilite için pompalanabilir.

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.[0]