Výzkumníci ve Švédsku vytvořili systém ukládání obnovitelných zdrojů prostřednictvím akumulace tepelné energie, který se opírá o dynamický hmotnostní průtok vzduchu, který se používá při nabíjení i vybíjení. Dosahoval maximální tepelné účinnosti kolem 70 %.
Vědci ze švédského Královského technologického institutu KTH navrhli systém skladování tepelné energie (TES) s vysokoteplotním ložem, který by mohl být použit pro skladování elektřiny vyrobené z obnovitelných zdrojů ve velkém měřítku.
Tepelný systém s výkonem 49,7 kilowatthodin (kWh th) je založen na akumulaci tepla v „balených lůžkách“ – kde je teplo akumulační médium uzavřeno v izolované nádobě. Zahrnuje mechanismy přenosu tepla uvnitř samotného systému.
Ukládání zdrojů prostřednictvím akumulace tepelné energie
„TES citlivé na zabalené lože ukládají tepelnou energii ohříváním a chlazením pevných částic pomocí kapaliny pro přenos tepla (HTF). Ta proudí loži,“ vysvětlili vědci. „Předchozí studie ukázaly, že TES s baleným ložem mohou nabídnout několik výhod: levný skladovací materiál; široký rozsah pracovních teplot; přímý přenos tepla mezi HTF a skladovacím materiálem; zvýšená chemická stabilita s omezenou degradací a korozí.
Systém využívá potrubí se čtyřmi klapkami. Ty umožňují po sobě jdoucí tepelné cykly, a elektrický ohřívač a regulátor hmotnostního průtoku pro řízení nabíjení a vybíjení. Ohřívač se opírá o čtyři samostatné topné jednotky s výkonem 15 kW na jednotku. A může se provozovat nezávisle na hmotnostním průtoku vzduchu, cílové výstupní teplotě a topném výkonu.
„Před elektrickým ohřívačem se instaluje přetlakový ventil. Ten zajišťuje maximální přetlak v potrubním systému a TES 0,3 baru. Což omezuje rizika spojená s experimentálním nastavením,“ upřesnila skupina s tím, že teplota vstupního vzduchu a vzduchu hmotnostního průtoku se jeví hlavními provozními veličinami ovlivňujícími termodynamické chování systému. ,,Vzhledem k tomu, že TES často funguje jako nárazník, rychlost proudění vzduchu se pravděpodobně během operací má měnit.“
Regulátor hmotnostního průtoku působí na vyhrazený kompresor, který zase umožňuje definovat hmotnostní průtok vzduchu.
Prototyp
Prototyp se navrhl pro provoz s hmotnostním průtokem vzduchu 28,7 g/s, teplotou vstupního vzduchu rovnou 600°C během nabíjení a 25°C během vybíjení a okolním tlakem. Během provozu následuje 2 hodinový proces nabíjení následovaný 20 minutovou prodlevou a 2 hodinovou fází vybíjení.
Termodynamický výkon systému se hodnotil s ohledem na různé dynamické profily hmotnostního průtoku během nabíjecí fáze. ,,Rychlost průtoku vzduchu se řídila během fáze vypouštění, aby se zajistil tepelný výkon po delší dobu,“ uvedla skupina. ,,Nakonec se provedly krátké provozní cykly a posoudily se podle základních pracovních podmínek.“
Systém dosáhl celkové tepelné účinnosti přibližně 70 %. Během po sobě následujících krátkých tepelných cyklů se účinnost nabíjení snížila o přibližně 18 %. A zároveň účinnost vybíjení se zvýšila o 35 %. Test také ukázal, že proměnlivé rychlosti průtoku vzduchu během procesu nabíjení negativně ovlivňují výkon TES. A že strategie řízení průtoku vzduchu mohou snížit celkový výkon systému až o 7 %.
Systém ukládání zdrojů, je popsán v článku Experimentální hodnocení vysokoteplotního akumulačního zásobníku tepelné energie s radiálním prouděním při dynamickém hmotnostním průtoku, publikovaném v Journal of Energy Storage. ,,Budoucí práce posoudí vliv kombinovaných dynamických profilů nabíjení a vybíjení při implementaci konkrétních vylepšení prototypu TES, aby se omezila nerovnoměrnost distribuce poréznosti v TES, minimalizoval se její negativní dopad a maximalizoval se výkon TES,“ uzavřeli.
Zdroj: pv-magazine, Vapol