Unik teknologi overgår traditionelle varmelagringsmuligheder i fleksibilitet og effektivitet

Mange processer, der genererer elektricitet, producerer også varme, en potent energiressource, der ofte går uudnyttet overalt fra fabrikker til køretøjer til kraftværker. Et innovativt system, der i øjeblikket udvikles ved US Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory, kan hurtigt lagre varme og frigive det til brug, når det er nødvendigt, overgår konventionelle opbevaringsmuligheder i både fleksibilitet og effektivitet.

Argonnes lagringssystem for termisk energi, eller TESS, blev oprindeligt udviklet til at opfange og lagre overskudsvarme fra koncentrerede solenergianlæg. Det er også velegnet til en række kommercielle applikationer, herunder afsaltningsanlæg kraftvarmesystemer (kraftvarme) industrielle processer, og tunge lastbiler.

At kunne genvinde og bruge spildvarme kan øge effektiviteten og reducere omkostningerne ved at udvinde mere energi fra den samme mængde brændstof. I tilfælde af et el- eller afsaltningsanlæg, der kører på koncentreret solenergi, TESS kan fange varme i løbet af dagen og frigive den om natten for at holde anlægget kørende. Argonnes arbejde med at udvikle systemet er finansieret af DOE's Solar Energy Technologies Office.

"Hver gang du har en forbrændingsproces, du spilder omkring 60 procent af energien som varme, "sagde Dileep Singh, en senior materialeforsker ved Argonne, der har ledet TESS -udviklingen. "I en vis forstand, dette er en termisk version af et batteri, hvor du oplader og afleder varme frem for elektricitet. "

Argonnes TESS er en form for latent varmelagring, hvor energien er indeholdt i et faseændringsmateriale, såsom smeltet salt. Selvom sådanne materialer er gode til at holde på varmen, de er typisk dårlige ledere, så det tager for lang tid for dem at absorbere og frigive energi.

For at komme uden om denne begrænsning, forskere ved Argonne udtænkte en måde at integrere faseændringsmaterialer i porøse, stærkt termisk ledende skum. De forsegler derefter skummet med inaktiv gas inde i et modul, forhindrer fugt eller ilt i at komme ind og nedbryder komponenterne. Lagret varme inde i en enhed kan derefter overføres til vand, for eksempel, hvor det bliver til damp, der flytter en turbine. TESS kan også indstilles til en bestemt applikation ved at vælge forskellige faseændringsmaterialer.

"En af de store fordele ved vores teknologi er, at den er modulær, så du behøver ikke en enorm opbevaringsstruktur, "Sagde Singh." Du kan lave disse moduler af en vis håndterbar størrelse, såsom en 55-gallon tromle eller mindre, og installer dem i det antal, du har brug for. "

Forskere har demonstreret TESS til at fungere ved temperaturer over 700 ° C (1, 292 ° F). Dens høje energitæthed gør den mindre og mere fleksibel end almindeligt anvendte fornuftige varmelagringssystemer, som er afhængige af at hæve og sænke et materiales temperatur. Teknologien vandt en R&D 100 -pris i 2019, og forskere arbejder nu på at integrere det i kraftvarmesystemer fra Capstone Turbine Corporation for at øge varmegenvindingen.

Ved hjælp af branchepartnere, Singh og kolleger fortsætter med at forfine TESS -teknologien, og de har udviklet en intern testfacilitet til test af ydeevne med gentagen opladning og afladning. Udover at forbedre kraftvarmesystemer og udvide afsaltbarheden af ​​afsaltning og kraftværker, TESS kunne omdanne spildvarme til mekanisk energi i tunge lastbiler eller til indvendig opvarmning til elbiler. Og ligesom TESS kan fungere som et batteri til varme, det kan gøre det samme ved kulde, muligvis tilbyde en køling mulighed for kommercielle bygninger.