Sand Battery/vi
Công nghệ pin cát: Giải pháp đầy hứa hẹn cho việc lưu trữ năng lượng tái tạo[1]
- Cát: phong phú, rẻ tiền, có sẵn, Không độc hại
- điện cực dựa trên cát - > lưu trữ và giải phóng năng lượng
- Sử dụng trong các hệ thống dân cư quy mô nhỏ để lưu trữ cấp lưới quy mô lớn
- Tư vấn:
- Mật độ năng lượng cao
- Tuổi thọ dài
- Ổn định chu kỳ
- Sự an toàn
- Tiềm năng lưu trữ năng lượng tái tạo
- Điện cực dựa trên cát - tiềm năng > trong Li-ion & supercapacitor
- Công nghệ lưu trữ năng lượng dựa trên cát:
- Lưu trữ năng lượng nhiệt.
- Lưu trữ năng lượng cơ khí.
- Lưu trữ năng lượng điện hóa.
- Vật liệu cần thiết:
- Cát
- phương tiện lưu trữ
- nên có độ dẫn nhiệt cao
- khối lượng nhiệt thấp
- chịu được nhiệt độ cao
- Máy phát điện nhiệt
- Năng lượng nhiệt trong cát đến năng lượng điện (xả: cho sản xuất điện, công nghiệp điện, sưởi ấm không gian)
- lựa chọn: nhiệt độ thay đổi pha & khả năng lưu trữ năng lượng.
- Điện cực / cuộn dây sưởi
- Truyền năng lượng nhiệt giữa cát và máy phát nhiệt điện
- lá than chì hoặc kim loại
- Cách nhiệt
- Giảm tổn thất nhiệt trong phụ trách và xả
- Cải thiện hiệu quả
- Nguồn nhiệt:
- sạc pin và làm nóng cát
- Có thể là nhiệt mặt trời / chất thải từ công nghiệp / năng lượng nhiệt tái tạo / không tái tạo
- Container
- Giữ tất cả mọi thứ
- chịu được nhiệt độ cao và ứng suất nhiệt.
- Cát
- Thiết kế - > dựa trên lượng năng lượng nhiệt và thời gian lưu trữ cần thiết
- Sản xuất và lưu trữ năng lượng:
- gió / mặt trời - > điện
- 30% - > ngay lập tức cung cấp năng lượng cho cơ sở hạ tầng địa phương
- 70% - > lưu trữ pin cát và nhiệt tới 600-1000 ° C
- năng lượng mặt trời yếu hơn - > sử dụng năng lượng dự trữ
- Sạc điện:
- Đun nóng thành cát - > tăng nhiệt độ - > cho đến khi ngưỡng - > năng lượng đầy đủ
- loại cát & nguồn nhiệt - > thời gian sạc khác nhau
- Xả:
- cát - > tiếp xúc với tản nhiệt hoặc thiết bị trích nhiệt
- cát nhiệt độ giảm - > giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt
- Loại cát và nhiệt độ chìm - > thời gian xả khác nhau
- Loại pin cát:
- Lưu trữ nhiệt gián tiếp:
- chất lỏng truyền nhiệt (chuyển nhiệt đến & từ cát)
- hoạt động temp cao hơn
- dấu chân vật lý lớn
- Lưu trữ nhiệt trực tiếp
- Tiếp xúc trực tiếp với nguồn nhiệt và tản nhiệt
- hoạt động nhiệt độ thấp hơn
- nhỏ gọn
- Lưu trữ nhiệt hóa học
- phản ứng hóa học
- lưu trữ nhiều năng lượng hơn
- thời gian sạc và xả lâu hơn
- Lưu trữ nhiệt lai
- Kết hợp trực tiếp và gián tiếp
- mật độ năng lượng cao hơn
- sạc và xả nhanh hơn
- Lưu trữ nhiệt gián tiếp:
- Ứng dụng
- Lưu trữ tái tạo
- Nhiệt và mát
- Công suất dự phòng khẩn cấp
- Những thách thức
- Hiệu quả - > phụ thuộc vào vật liệu / thiết kế / điều kiện vận hành
- hoạt động tạm thời
- mở rộng quy mô
Pin cát: Một giải pháp sáng tạo để lưu trữ năng lượng tái tạo (Đánh giá)[2]
- UAE - > nhằm mục đích sử dụng 7% năng lượng từ các nguồn tái tạo (cụ thể là năng lượng mặt trời) - > nhưng đầy thách thức - > UAE sa mạc cát
- Hỗn hợp cát: silicon dioxide
- Các khu vực nhiệt độ Subzero - > lưu trữ nhiệt mặt trời / nhiệt trên giường cát
- TE dựa trên cát khô - > Nhiệt độ cao và năng lượng cao - > có thể được sử dụng trong cơ sở hạ tầng của các cơ sở như bãi đỗ xe
- Vật liệu có thể đạt được: cát và đá
- Cấu trúc lưu trữ theo chu kỳ: Đức, Canada, Thổ Nhĩ Kỳ, Hàn Quốc, Hà Lan, Hoa Kỳ, Phần Lan, Pháp và Thụy Sĩ
- Cát: lưu trữ lên tới 1000 °C, không mất khối lượng, giảm chi phí sở hữu và bảo trì, tỷ giá hối đoái năng lượng được cải thiện và ổn định
- môi trường cát: trong một lưu vực năng lượng mặt trời duy nhất - > tăng 23,8% trung bình hàng năm (so với không có cát), giữ năng lượng nhiệt trong thời gian dài, có thể được sử dụng trong mùa đông (khi không có năng lượng mặt trời)
- Nguyên tắc:
- 30% năng lượng tái tạo được sử dụng, 70% được lưu trữ trong cát - > tăng nhiệt độ lên 600-1000
- Thành phần của pin:
- vỏ thép - > đường ống truyền cát và nhiệt
- Bên ngoài - > cơ chế cơ khí, bộ điều chỉnh, bộ trao đổi nhiệt, quạt
- Hoạt động:
- Sạc điện
- Lưu trữ
- Xả
- Cơ chế:
- Lưu thông không khí nóng xung quanh cát - > Tái tạo điều khiển lò sưởi điện trở để tăng nhiệt độ của không khí gần cát
- ống trao đổi nhiệt của quạt
- Cách nhiệt dày đặc - nắp > - > duy trì nhiệt độ
- Xả: thổi khí mát - > nóng lên - > có thể hấp nước
- MỘT SO SÁNH CỦA HỆ THỐNG TES KHÁC NHAU
- Disadv:
- Phạm vi nhiệt độ giới hạn (300-1000)
- Sạc chậm
- Mật độ năng lượng thấp
- Sử dụng đất
- Vận tải
- Gần đây:
- tối ưu hóa kích thước và phân phối hạt
- Ứng dụng
- lưu trữ cấp lưới
- thiết bị cầm tay
- hệ thống điện ngoài lưới
- sưởi ấm công nghiệp
- sưởi ấm tòa nhà
- sưởi ấm huyện
- nông nghiệp
- hệ thống khai thác
Sử dụng cát trong công nghệ nhiệt mặt trời[3]
- các hạt đá hoặc khoáng sản - > silica (thạch anh), fenspat, cacbonat, micas, amphibole, pyroxenes - đường kính > 0,06 đến 2 mm
- 6% diện tích bề mặt đất (6% diện tích bề mặt trái đất ở các khu vực khác nhau)
- 2% Bắc Mỹ
- hơn 30% Úc
- hơn 45% Trung Á
- $11 và $58 mỗi tấn
- công suất nhiệt cụ thể: từ 700 đến 1000 J / kg ◦ C
- Độ dẫn nhiệt phụ thuộc vào độ xốp, độ hạt, độ ẩm, & khoáng vật học
- ít xốp hơn - > độ dẫn nhiệt cao hơn
- Các hạt nhỏ hơn - > độ dẫn nhiệt ít hơn
- bão hòa với nước - > độ dẫn nhiệt cao hơn
- Độ dẫn nhiệt thạch anh: 7,7 W / m.K
- các thành phần cát khác dẫn nhiệt: từ 2,5 đến 3,6 W / m.K
- không độc hại, không ăn mòn và không bắt lửa
- Cát trong năng lượng mặt trời
- Lưu trữ năng lượng nhiệt
- Hấp thụ năng lượng mặt trời
- Truyền nhiệt
- cách nhiệt
- diện tích bề mặt lớn - > bốc hơi nước làm môi trường bay hơi
- Chưng cất năng lượng mặt trời
- bức xạ mặt trời - > thu được nước ngọt từ nước không tinh khiết
- Giới hạn: năng suất thấp vào ban ngày và không có gì vào ban đêm
- với cát
- lấp đầy khu vực bên dưới lớp lót lưu vực, chính lưu vực / sử dụng các thùng chứa như hộp kim loại, túi bông hoặc chậu bùn
- duy trì nhiệt độ cao hơn
- tăng diện tích bề mặt bay hơi thông qua hành động mao dẫn
- mịn, cát đồng đều tốt hơn, đen tốt hơn, độ dày tối thiểu tốt hơn, không có chiều cao nước trên
- Sưởi ấm năng lượng mặt trời
- Bộ thu nhiệt mặt trời + phương tiện lưu trữ năng lượng nhiệt
- Hàm lượng thạch anh cao, độ xốp thấp và độ ẩm cao
- Cát khô có hàm lượng thạch anh thấp
- Bể chứa năng lượng nhiệt
- Nước: khả năng chịu nhiệt đặc hiệu cao nhưng Mất nhiệt - > Bể chứa xung quanh có cát dẫn nhiệt thấp; Đất cát: công suất nhiệt thấp hơn & độ dẫn nhiệt - > giảm nhiệt từ bể so với đất đá granit
- Yêu cầu
- Công suất nhiệt cụ thể thấp và độ dẫn nhiệt
- Khô khô
- đủ độ sâu
- Lưu trữ năng lượng nhiệt Aquifer (ATE)
- chứa các lớp cát xốp và thấm
- nước nóng vào mùa hè - > bơm vào tầng chứa nước - > làm nóng đất và nước tồn tại - > trích nhiệt vào mùa đông, ví dụ: Phục hồi 72% trong hệ tầng Gassum ở Đan Mạch
- Yêu cầu
- Công suất nhiệt cao và độ dẫn nhiệt
- Độ xốp và độ thấm cao
- Lưu trữ năng lượng nhiệt Borehole (BTES)
- đun nóng trên mặt đất bằng các bộ trao đổi nhiệt ống U vào mùa hè - > chiết xuất vào mùa đông
- cát có độ xốp thấp thạch anh cao - > tốt trên bentonite hoặc sỏi
- Nhiệt cao hơn 50% trong thời gian dài hơn 50% so với sỏi - > hiệu suất 78%
- Bỉ: hiệu quả lưu trữ hàng năm 70%
- Yêu cầu
- độ dẫn nhiệt cao và khả năng lưu trữ nhiệt
- Lưu trữ năng lượng nhiệt đóng gói
- sử dụng cát đóng gói trong các hố cách nhiệt
- Tiết kiệm 64% đến 91%
- 65 – 75% nhu cầu nước nóng trong nước
- Phần Lan
- Cát - > được lấp đầy trong các thùng chứa hoặc hố, chất lỏng truyền nhiệt chảy qua giường - > Truyền nhiệt theo nhu cầu thấp (mùa hè) và chiết xuất theo nhu cầu cao
- Yêu cầu
- độ dẫn nhiệt cao và khả năng nhiệt cụ thể
- Tăng cường nhà kính năng lượng mặt trời
- tường lưu trữ nhiệt (tường Trombe) - > tăng nhiệt độ không khí và đất trong nhà kính
- làm bằng: bề mặt đen (hấp thụ bức xạ mặt trời, truyền nhiệt vào cát), cát và cách nhiệt
- nhà kính với tường lưu trữ nhiệt cát
- nhiệt độ không khí ban ngày - > tăng 6,4 ° C trên nhiệt độ xung quanh, ban đêm - > tăng 1,1 ° C
- Nhiệt độ đất - > độ sâu lên tới 8 cm - > tăng 6,4 ° C vào ban ngày và 4 ° C vào ban đêm
- ra hoa sớm hơn (14 ngày), kỳ hạn sớm hơn (20 ngày) và năng suất cao hơn (33,4%)
- Máy sấy năng lượng mặt trời
- bức xạ mặt trời - > nông sản hoặc thực phẩm khô
- thạch anh, cát, sỏi, khoáng chất đất, sa thạch, đá, đá vôi, đá granit, đất, đất sét, bê tông thải, gạch lửa, và nước
- cát:
- trong buồng sấy và máy sưởi không khí năng lượng mặt trời - > giảm thời gian sấy và ngăn chặn sự tái hấp thụ độ ẩm vào ban đêm
- tăng diện tích bề mặt hấp thụ & độ nhám
- cát mịn sơn đen & công suất nhiệt đặc hiệu cao & độ dẫn nhiệt
- Nấu ăn năng lượng mặt trời
- Năng lượng mặt trời tập trung (CSP)
- chạy một khối năng lượng
- Cát nào?
- Các tạp chất trong thạch anh (nên dưới 2%) - > mật độ năng lượng ít hơn
- Đất sét, cacbonat và fenspat - > tích tụ, suy thoái / giảm công suất nhiệt cụ thể
- Các cụm - > tích tụ cao hơn ở 600 ° C
- Cacbonat - > khử cacbon dưới 800 ° C - > mất khối lượng và thay đổi phân phối kích thước hạt
- Feldspars - > thủy tinh hóa dưới 1200 ° C - > kết tụ - > tác động đến chuyển động cát.
- Tốc độ làm mát vừa phải ~ 573 ° C yêu cầu
- Dưới 1200 ° C - > thạch anh đến cristobalite - > vết nứt hạt
- Khí hóa năng lượng mặt trời
- khí hóa: vật liệu carbon (như than cốc, than đá, sinh khối) - > nhiên liệu hoặc hóa chất
- Phương pháp thông thường: đốt một số nguyên liệu thô này - > tạo nhiệt để khí hóa - > mất phát thải vật liệu & CO2
- năng lượng mặt trời - > làm nóng vật liệu (không cần đốt vật liệu) ---- > quarts: nhận, truyền và lưu trữ nhiệt & trơ (không có phản ứng với vật liệu) - > chất lượng nhiên liệu cao hơn & ít phát thải carbon hơn
- trộn các vật liệu carbonate với thạch anh - > năng lượng mặt trời được hấp thụ và truyền nhiệt bằng cát - > tăng nhiệt độ (1100) - > phân hủy nhiệt của vật liệu carbon - sản xuất > syngas (khí tổng hợp)
- yêu cầu:
- Công suất nhiệt đặc hiệu cao và độ dẫn nhiệt
- Lưu trữ năng lượng không khí nén Adiabatic
- Thông thường: Quá nhiều điện nén không khí - > được lưu trữ dưới lòng đất - > khí tự nhiên cần thiết để hâm nóng khi cần thiết
- trong cát: nhiệt được tạo ra trong quá trình nén - > lưu trữ - > hâm nóng khí nén khi được yêu cầu bởi cát
- Sạc: Không khí nóng - > thông qua bộ trao đổi nhiệt - > dòng cát theo hướng ứng dụng - > cát ấm, khí nén lạnh
- Xả khí: khí nén lạnh - > thông qua bộ trao đổi nhiệt - > nhiệt độ không khí nóng cát
- hiệu suất chu trình điện 69%
- Độ dẫn nhiệt cao và khả năng nhiệt cụ thể
- Tấm quang điện mặt trời / Tấm nhiệt
- PV - > phần nhỏ bức xạ đối với điện - > vượt quá nhiệt - > thiệt hại
- có thể được lưu trữ trong cát - > Làm nguội Pannels và ngăn quá nóng
- ví dụ: cát sa mạc và vật liệu thay đổi pha (ví dụ: n-octacosane) - > Cát sa mạc truyền nhiệt tốt hơn
- phù hợp nhất: độ dẫn nhiệt cao và công suất nhiệt cụ thể
- Ao năng lượng mặt trời:
- ứng dụng:
- Nhiệt xử lý công nghiệp
- Khử muối
- Hệ thống sưởi không gian
- Phát điện
- Hệ thống sưởi nhà kính
- Sản xuất muối
- Vùng trên: nước có độ mặn thấp - chất cách điện >
- vùng giữa (Vùng không đối lưu hoặc Halocline) - độ dốc > tăng độ mặn khi độ sâu tăng - độ dốc mật độ > - > ngăn chặn dòng đối lưu hình thành - > bẫy nhiệt ở lớp dưới
- Vùng dưới: nước có độ mặn cao - > Nhiệt năng lượng mặt trời - > nhiệt độ lên tới 85 ° C (185 ° F) hoặc cao hơn
- bao phủ cát ở dưới cùng và tầng thấp hơn - > giảm tổn thất nhiệt (69%) và lưu trữ TE
- độ dẫn nhiệt cao và cát công suất nhiệt cụ thể
- ứng dụng:
- Tủ lạnh chạy bằng năng lượng mặt trời:
- hai xi lanh kim loại - > không gian đầy cát giữa nước bão hòa
- năng lượng mặt trời - > bay hơi để làm mát - > hiệu quả, dễ tiếp cận, bền vững
- Khuyến nghị cho các lỗ hổng nghiên cứu:
- Lớp phủ cho cát thạch anh - > cải thiện khả năng hấp thụ, hao mòn cơ học cao và nhiệt độ cao lên tới 1000 ° C

Mối quan hệ giữa phần rắn PCM và bức xạ mặt trời[4]
Phân tích CFD so sánh các vật liệu lưu trữ năng lượng nhiệt trong các tấm quang điện / nhiệt[5]
- Cát sa mạc ( phong phú, chịu được sự tích tụ, chịu được nhiệt độ cao) & silicon carbide - > truyền nhiệt tăng cường
- Nghiên cứu này: ống đồng chứa dòng nước trong vật liệu thay đổi pha hình chữ nhật (PCM) tiếp xúc với mặt trời, Lớp hấp thụ bổ sung
- dưới các mức chiếu xạ mặt trời khác nhau (dao động từ 150 đến 1.200 W / m2)
- cát sa mạc: nhiệt độ của chất lỏng ở ranh giới đầu ra và nhiệt độ tối đa của ma trận TES gần hơn - > truyền nhiệt tốt hơn
- Mối quan hệ giữa phần rắn PCM và bức xạ mặt trời:
- Cát sa mạc giữ nhiệt - > 4.500 giây sau khi tắt thông lượng nhiệt
- n-octacosane giữ lại trong thời gian dài hơn - > lưu trữ và giải phóng nhiệt trong thời gian dài - > tốt hơn khi cần giải phóng nhiệt qua đêm
Lưu trữ năng lượng điện nhiệt hiệu quả để cân bằng các hệ thống năng lượng tái tạo quy mô nhỏ[6]
- Giả sử chuyển đổi 100% điện thành nhiệt
- lượng điện (P) cần thiết để sạc dự trữ năng lượng: P = mCp ΔT / t
- m: khối lượng của vật liệu lưu trữ nhiệt
- Cp: công suất nhiệt cụ thể trung bình
- T: chênh lệch nhiệt độ trong quá trình sạc
- t: thời gian thực hiện
- Nhiệt đến điện = ηth * hiệu quả (hiệu quả trong cát ~ 85%)
- Tốc độ nhiệt = Sản lượng điện / Nhiệt đến hiệu quả điện
- Thời gian giảm nhiệt độ = Lưu trữ năng lượng / Tốc độ nhiệt
| Vật liệu (1,5 m) | Tmin (◦ C) | Tmax (◦ C) | Sạc (kWh) | Xả (kWh) | Hiệu quả |
|---|---|---|---|---|---|
| Dầu nhiệt | 180 | 410 | 192 | 84 | 44% |
| Muối nóng chảy | 200 | 500 | 372 | 118 | 32% |
| Cát | 180 | 950 | 424 | 360 | 85% |
| Lựa chọn hệ thống / vật liệu | Số lượng vật liệu lưu trữ (kg) | Đơn giá | Tổng công suất | Khả năng tải cơ sở | Giá trong ($) | Chi phí hệ thống $ | Tổng cộng thiết kế $ | Chi phí lưu trữ $ / kWh |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ETES / Cát | 2446 kg | 0,25 $ / kg | 359 kWh | 88 kWh | 672 | 24142 | 24814 | 69 |
Đánh giá hiệu suất của một đơn vị lưu trữ năng lượng cát bằng phương pháp bề mặt đáp ứng[7]
- Tiêu thụ năng lượng hàng năm: ~624.430 TWh
- Dấu chân carbon từ nhiên liệu hóa thạch: 36,7 tỷ tấn
- Nhu cầu năng lượng tái tạo năm 2019: 6890,7 TWh
- Dự kiến tăng thêm 2.493 TWh từ năm 2022 đến 2025
- Các loại hệ thống TES:
- Lưu trữ nhiệt hợp lý: Đơn giản và hiệu quả chi phí.
- Lưu trữ nhiệt tiềm ẩn: vật liệu thay đổi pha.
- Lưu trữ nhiệt điện: chuyển đổi giữa năng lượng nhiệt và điện
- Phương tiện lưu trữ:
- đá, nước, dầu, muối
- Muối: Phải dưới 600 ° C
- Gạch bê tông: ban ngày, dưới 500 ° C, Thay đổi nhiệt độ trong khi xả - > giảm hiệu quả chu kỳ
- SAND:
- Công suất nhiệt cao
- Độ dẫn nhiệt cao
- hiệu quả chi phí
- Ổn định lâu dài
- Không độc hại và thân thiện với môi trường
- Nhiệt độ cao
- Kích thước tối ưu để truyền nhiệt 2 – 3 mm (lớn hơn: giảm hiệu quả truyền nhiệt, nhỏ hơn: Tăng áp suất giảm - > thể tích trao đổi nhiệt lớn hơn)
- Nghiên cứu này:
- cuộn xoắn ốc làm bằng đồng chèn bên trong bể hình trụ
- Chất lỏng đầu vào nóng - > vào cuộn dây ở nhiệt độ lên tới 200 ° C
- Đo độ dẫn nhiệt: Thiết bị Decagon KD2 Pro với loại cảm biến kim đơn TR1 ở 25 ° C
- Đo công suất nhiệt cụ thể: DSC-25, phạm vi nhiệt độ 25 – 200 ° C
- Đo trọng lượng riêng: 1 kg cát sa mạc và bãi biển, sấy khô đến khối lượng không đổi (ở mức 110 ± 5 ◦C) sau đó thêm độ ẩm 6% - > khô trong 15-19 giờ.
- Kết quả thí nghiệm:
- XRF
- Cát sa mạc: 13 nguyên tố, canxi 60,96%.
- Cát bãi biển: 11 yếu tố, canxi 86,9%.
- công suất nhiệt cụ thể
- tăng theo nhiệt độ
- Cp cho sa mạc - > cao hơn
- mất nước canxi hydroxit hình thành sau khi xử lý nhiệt ở 200 ° C
- Mật độ
- Cát bãi biển: dày đặc hơn
- kịch bản cho mô phỏng:
- Dầu nóng - > ở tốc độ 100 ° C & 0,01 m / s - > truyền nhiệt tới 25 ° C cát, giảm nhiệt độ dầu - > nhiệt độ cát và tăng năng lượng dự trữ
- thay đổi nhiệt độ dầu - > tăng nhiệt độ cát và lưu trữ năng lượng nhiệt
- vận tốc dầu và cuộn dây tăng - > tăng năng lượng dự trữ
- tổng năng lượng dự trữ trên mỗi kg cát - > 6.348 kJ / kg sau khi sạc 8h.
- giảm áp suất - > 71,4 Pa
- cát sa mạc Độ dẫn nhiệt - > cao hơn cát bãi biển 1,77%
- Độ bền nhiệt của cát bãi biển - cao hơn > 29,3% so với cát sa mạc
- XRF
Cải thiện độ dẫn nhiệt hiệu quả của giường cát trong các hệ thống lưu trữ năng lượng nhiệt[số 8]
- Giới thiệu:
- TES - > thay thế cho pin lithium-ion trong bộ lưu trữ lưới điện cố định
- Cát - > chịu nhiệt cao (điểm nóng chảy khoảng 1700 ° C)
- phạm vi nhiệt độ rộng - > Hiệu quả chu trình Carnot nâng cao
- cát Công suất nhiệt đặc hiệu cao - > mật độ năng lượng cao NHƯNG dạng hạt và điểm tiếp xúc giữa các hạt - > độ dẫn nhiệt thấp
- Lớp phủ cát thạch anh - > cải thiện khả năng hấp thụ năng lượng mặt trời và ổn định nhiệt và tăng cường hiệu quả lưu trữ năng lượng từ 60% đến 80% so với cát thô
- độ dẫn nhiệt của cát bentonite - > tăng bằng cách thêm bột đá granit
- phương pháp phổ biến - > Làm nóng và sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời trực tiếp bằng cách tầng sôi (Lưu thông chất lỏng truyền nhiệt qua bộ trao đổi nhiệt trên giường cát)
- Trộn các vật liệu lưu trữ nhiệt khác nhau - > cải thiện tính chất lưu trữ
- Luồng vật liệu thải - > tùy chọn vật liệu kinh tế
- cắt phế liệu kim loại từ các xưởng kim loại - > nền kinh tế tuần hoàn
- Nghiên cứu này:
- Bình chứa nhôm hình chữ nhật (chiều cao 380 mm, chiều dài 230 mm, chiều rộng 380 mm) - > điều tra các tính chất nhiệt của giường cát
- Hai lò sưởi điện trở dạng ống (chiều cao 298 mm, chiều rộng 309 mm, đường kính 50 mm) - > cách nhau 95 mm ở giữa hộp - > 2 kW Hộp điều khiển bật / tắt & điều chỉnh nhiệt độ lên đến 1000 °C
- Cặp nhiệt điện loại K - > giữa các lò sưởi (45 ±0,7 mm từ mỗi lò sưởi) và cách lò sưởi 30 mm
- Giường cát - > tiếp xúc với không khí (T dưới 26 °C) không có lớp cách nhiệt
- Kết hợp các sản phẩm phụ cát và kim loại (tăng cường độ dẫn nhiệt)
- Brown Silica: silica (SiO2), kích thước hạt 0,06 đến 0,2 mm, điểm nóng chảy 1713 °C, công suất nhiệt cụ thể 703 J / (kg ⋅ K), độ dẫn nhiệt 0,2 đến 0,7 W / (m ⋅ K) , mật độ khối lượng 1800 kg / m3
- nhôm: dài 15 đến 20 mm, dày 0,5 mm, rộng 1,5 mm, điểm nóng chảy 660 °C, nhiệt cụ thể 897 J / (kg ⋅ K), độ dẫn nhiệt 205 W / (m ⋅ K), mật độ 2712 kg / m3
- đồng thau: đường kính 0,25 mm, chiều dài 4,5 mm, nhiệt độ nóng chảy 900 đến 940 °C, nhiệt độ riêng 380 J / (kg ⋅ K), độ dẫn nhiệt 113 W / (m ⋅ K), mật độ 8430 đến 8730 kg / m3
- dăm kim loại hỗn hợp: thép 90%, nhôm 10% / chiều dài 10-15 mm, độ dày 0,5 mm, chiều rộng 1,5 mm / Tm: 1370-1540 °C / nhiệt cụ thể 490 J / (kg ⋅ K) / độ dẫn nhiệt 50-70 W (
- T4: giữa tường và lò sưởi điện / T3: giữa hai lò sưởi điện
- nhiệt độ bề mặt đạt 500 °C trong vòng 30 phút
- T4: làm nóng nhanh hơn T3 trong 75 phút đầu tiên (gần nguồn nhiệt hơn 17,5 mm) và hằng số nhiệt độ ở 350 °C sau 3 giờ & giảm nhiệt độ nhanh bên ngoài các yếu tố gia nhiệt
- T3: nóng hơn T4 sau 80 phút, bằng nhiệt độ bề mặt của máy sưởi sau 7 giờ và giảm nhiệt nhanh hơn với môi trường & bẫy nhiệt / độ dẫn nhiệt thấp, khả năng chịu nhiệt cao của cát - > Độ trễ đầu cuối trong T3
- Độ dẫn của cát: 0.114 W / (m ⋅ K)
- Thời gian sạc mô phỏng: năm giờ
- Lớp đồng thau cát: độ dẫn nhiệt hiệu quả cao nhất / mật độ cao hơn và cấu trúc xốp ít hơn - > độ dẫn nhiệt thấp hơn nhôm
- Chip nhôm:
- Hiệu quả hơn trong hỗn hợp đồng đều: độ dẫn nhiệt cao
- 20% nhôm: tốc độ nhiệt 1,7 lần cát nguyên chất và tăng nhiệt độ T4 ổn định - > độ dẫn nhiệt hiệu quả cao hơn
- Tốc độ nhiệt nhôm 10% và 5% 1,36 lần và 1,18 lần cát nguyên chất
- Nhôm cao hơn: tăng độ thẩm thấu và kết nối nhiều hơn - > tạo điều kiện truyền nhiệt
- Nồng độ chip thấp hơn: cách ly chip, ít đường dẫn hơn và độ dẫn nhiệt thấp hơn
- tăng cường độ dốc nhiệt độ tổng thể của giường cát
- dăm kim loại hỗn hợp - > hiệu suất thấp hơn: hàm lượng thép cao hơn (độ dẫn nhiệt thấp hơn)
- nhiệt độ bên ngoài cặp nhiệt điện: hỗn hợp kim loại - > Nhiệt độ cao hơn cát tinh khiết
- Chip kim loại: di chuyển nhiệt dễ dàng - > lưu trữ nhiều hơn
- Giá kim loại phế liệu thương mại ở Phần Lan - > Nhôm: 0,7 & Đồng thau: 3,1 & Thép không gỉ: 0,7
Từ chất thải đến giá trị: Sử dụng cát đúc chất thải trong lưu trữ năng lượng nhiệt làm vật liệu ma trận trong vật liệu tổng hợp[9]
- Giới thiệu:
- Sản phẩm phụ của cát đúc thải (WFS) của các quy trình đúc kim loại
- Đặc điểm WFS: thành phần gốm, mật độ, kích thước hạt (0,15 mm < D < 0,6 mm), diện tích bề mặt cụ thể
- Con đường tái chế WFS: vật liệu chính cho vật liệu thay đổi pha hỗn hợp để thu, lưu trữ, tái sử dụng nhiệt thải
- Nghiên cứu này:
- Vật liệu:
- NaNO3, vật liệu tự nhiên bao gồm đất sét, có thể tái chế hoàn toàn, Bentonite ở dạng natri, cát đúc chất thải (vật liệu ma trận CPCM, thành phần chiếm ưu thế: SiO2 ở mức 87,91%, thành phần thứ cấp: Al2O3 ở mức 4,7%, Fe2O3 ở mức 0,94%), Phụ gia X (?)
- Chế tạo:
- Cam kết với vữa và chày (85 – 95% giữa phân bố kích thước hạt đồng đều 0,6 mm và 0,15 mm)
- Hỗn hợp dây đeo tay
- Định hình thành viên 13 mm dưới áp suất 60 MPa trong 2 phút
- Thiêu kết ở 400 °C, 5 °C / phút ở nhiệt độ cao
- Làm mát đến nhiệt độ phòng cho cấu trúc ổn định hình dạng
- Sự gắn kết kém ở tỷ lệ khối lượng 70 – 30 (WFS-muối) - > không ổn định
- Phụ gia X (?):
- Đặc tính thixotropic tạo thành ma trận giống như gel với nước - > cải thiện liên kết hạt WFS
- Tăng khả năng kháng CPCM đối với ứng suất trong quá trình thay đổi pha
- Các xét nghiệm:
- Mật độ hạt cát: Pycnometer dựa trên Helium, 2.51 ± 0,06 g / cm ³
- Mật độ khối: Khối lượng và thể tích (kích thước) của từng viên, Độ xốp được suy ra từ tỷ lệ mật độ
- Nhiệt tiềm ẩn, điểm nóng chảy, công suất nhiệt cụ thể: DSC: Phạm vi nhiệt độ: 20 đến 400 °C, tốc độ gia tăng: 10 °C / phút, nồi nấu kim loại nhôm, môi trường không khí xung quanh, tốc độ dòng khí: 100 ml / phút, phương pháp sapphire cho nhiệt cụ thể
- Độ dẫn nhiệt và độ khuếch tán: Kỹ thuật flash Laser, Bề mặt mẫu mức, lớp phủ phun than chì Cài đặt dòng chảy: 100 ml / phút, Công thức dẫn nhiệt: λ = a (T) ρ (T) Cp (T)
- TGA: Trọng lượng mẫu: ~10 mg, chén nung bạch kim, Phạm vi nhiệt độ: 25 đến 500 °C, tốc độ gia nhiệt: 10 °C / phút, không khí xung quanh
- Cấu trúc vi mô và phân bố kích thước lỗ: X-quang nano-CT, Mẫu hình trụ: φ 2 × 15 mm, Điện áp: 95 kV, dòng điện: 150 μA, độ phân giải pixel: 9,5 μm, Hình ảnh chiếu ở các khoảng 0,1 °, 180 ° xoay CTan phân tích phần mềm:
- Hệ số giãn nở nhiệt: Máy đo độ giãn quang, Mẫu hình trụ: ~đường kính 13 mm, Hệ thống sưởi: nhiệt độ môi trường đến 500 °C, tốc độ: 5 K / phút, môi trường không khí
- Sức mạnh nén
- Giao thức đạp nhiệt: Nhiệt độ tăng lên 400 °C, giữ trong 30 phút, Nhiệt độ giảm xuống 270 °C, giữ trong 10 phút, Tổng cộng 48 chu kỳ, Khả năng phục hồi cấu trúc và đánh giá hiệu quả nhiệt của CPCM muối WFS
- (Thảo luận)
- Mật độ lưu trữ năng lượng: 628 ± 27 kJ / kg đối với Na60, 567 ± 43 kJ / kg đối với Na55
- Độ dẫn nhiệt trung bình: cao hơn 24% đối với Na60 (1,38 W / mK) so với Na55 (1,08 W / mK), do độ xốp của Na55 cao hơn
- Độ bền nén: 141 MPa cho Na60, 105 MPa cho Na55, bị ảnh hưởng bởi độ xốp và kích thước lỗ chân lông
- Độ xốp lớn hơn có lợi cho CTE của CPCM
- Vật liệu:
Lưu trữ nhiệt Pin cát[10]
- Cát sa mạc có thể lưu trữ năng lượng nhiệt lên tới 1000 ℃
- 400 ℃ cao hơn muối nóng chảy
- Muối nóng chảy:
- bảo trì để tránh cắm
- Nhiệt bên ngoài cần thiết để duy trì nhiệt độ trên 260 °C
- 28.000 tấn - > trong 7,5 giờ lưu trữ
- 25,2 triệu đô la cho phương tiện lưu trữ
- Nghiên cứu này:
- Lò sưởi điện được chọn làm đầu vào nhiệt
- Đun nóng bằng lò sưởi - > để trao đổi nhiệt thông qua Heat Transfer Fluid (dầu)
- Dầu - > trong bể dầu, được bơm qua đường ống để trao đổi nhiệt
- Cảm biến nhiệt độ - > theo dõi thay đổi nhiệt độ cát
- Sạc: Cát được làm nóng đến nhiệt độ mong muốn (150 °C)
- Lưu trữ: giữ nhiệt năng cát theo thời gian
- Xả:
- Dầu lạnh - > thông qua các ống để hấp thụ nhiệt cát
- Máy phát nhiệt điện - > năng lượng nhiệt đến năng lượng điện
Pin cát ‘’ là gì?[11]
- Pin cát thương mại đầu tiên: Ở Kankaanpää, Tây Phần Lan (tối đa temp: 600 ℃, có thể cao hơn) - > được tích hợp vào mạng lưới sưởi ấm của quận do Vatajankoski (nhà cung cấp năng lượng xanh) vận hành
- Trong các tòa nhà dân cư và thương mại (nhà & hồ bơi)
- Cấu trúc:
- Silo cách nhiệt của vỏ thép chứa đầy ống cát và truyền nhiệt.
- Các thành phần tự động hóa, van, quạt, & bộ trao đổi nhiệt hoặc máy tạo hơi nước.
- Hệ thống sưởi:
- Điện từ lưới điện hoặc sản xuất địa phương từ gió và mặt trời.
- Tính phí trong thời gian có sẵn điện sạch và giá rẻ.
- Năng lượng điện - > không khí nóng với điện trở - > thông qua ống dẫn khí kín - > lưu thông qua đường ống truyền nhiệt - > để lưu trữ nhiệt
- Khai thác:
- Thổi khí mát qua đường ống - > nóng lên
- được sử dụng để chuyển đổi nước thành xử lý nước nóng / nước nóng huyện trong bộ trao đổi nhiệt không khí thành nước.
- Giữ nóng trong nhiều tháng, thường được tính phí và xuất viện trong chu kỳ 2 tuần
- Phạm vi sử dụng tốt nhất khi được sạc và xả 20 đến 200 lần mỗi năm
- Trong "Năng lượng đêm cực":
- 600 °C, 10GWh, 100MW
- 36% nhu cầu sưởi ấm công nghiệp có thể được cung cấp bằng pin cát (hiện đang dựa vào dầu khí)
- có thể tiết kiệm 100 Mt / năm carbon mono oxit vào năm 2030
- có thể cung cấp điện cho khoảng 10.000 người
- 30% năng lượng mặt trời / gió - > sử dụng trực tiếp, 70% được lưu trữ dưới dạng nhiệt, ít hơn 10% nhu cầu năng lượng bên ngoài trong cả năm
Biến đổi khí hậu: 'Pin cát' có thể giải quyết vấn đề lớn về năng lượng xanh[12]
- Phần Lan biên giới dài với Nga và ngừng cung cấp khí đốt và điện do Phần Lan gia nhập NATO - > Mối quan tâm về nguồn nhiệt và ánh sáng trong mùa đông dài, lạnh
- Pin cát hoạt động hoàn toàn đầu tiên trên thế giới được cài đặt bởi các nhà nghiên cứu Phần Lan - > được phát triển bởi "Năng lượng đêm cực"
- nhà máy điện ở phía tây Phần Lan - > 100 tấn cát bên trong một silo màu xám
- Khó khăn trong việc chuyển đổi hiệu quả nhiệt dự trữ trở lại điện.
Pin cát để lưu trữ nhiệt[13]
- Batsand: Pin nhiệt với máy phát nhiệt và bình cát.
- mang cát nóng và tươi trực tiếp đến nhà
- Sạc (với các tấm pin mặt trời) vào mùa hè - > sưởi ấm / làm mát khi cần thiết
- tiềm năng hoàn vốn đầu tư trong 4 - 6 năm
- kết hợp với bảng điều khiển năng lượng mặt trời - > Có thể ngắt kết nối với lưới điện
- Công suất định mức: 1:14 KW, 2: 25KW
- Dung lượng pin: 1: 12000 KWH, 2: 21000 KWH
- Kích thước nhà phù hợp: 1: 300-600 m ², 2: 500-1200
- Kích thước: 1: 140 cm x 72 cm x 55 cm, 2: 185 cm x 85 cm x 72 cm
- Trọng lượng: 1: 142 Kg, 2: 174 Kg
Làm thế nào một pin cát có thể cách mạng hóa lưu trữ năng lượng gia đình[14]
- Đại học Michgan: 30% tổng số sử dụng enery dân cư Hoa Kỳ - > dành riêng cho sưởi ấm (sưởi ấm nước: 13%)
- Phòng thí nghiệm quốc gia Hoa Kỳ Berkeley: 1/5 năng lượng được sản xuất tại Hoa Kỳ - > xây dựng tải nhiệt
- Cộng đồng năng lượng mặt trời hạ cánh DraKE - > 2012: 96%, 2015, 2016: 100% nhiệt độ hàng năm của họ từ năng lượng mặt trời
- TES: tốc độ hiệu quả chuyến đi khứ hồi (RTE) tốt (% điện vào kho) - > 100% RTE: mọi năng lượng được lưu trữ có thể được sử dụng; nhiệt động không thể
- axit chì: 70%, ion Li: 90%
- cát: nhiệt độ đặc hiệu thấp, mật độ cao: lưu trữ nhiệt lớn, không có phản ứng hóa học: không duy trì, trên nước sôi
- cát nóng với năng lượng mặt trời - > di chuyển về nhà với không khí
- thách thức: kích thước - > Batsand ($ 7700 tăng lên $19000 khi lắp đặt, lưu trữ năng lượng với hiệu suất 92% với 94% RTE) có kích thước nhỏ (40m ^ 3), dưới mặt đất - > 300 m ^ 2 tòa nhà, 1
- Giải pháp năng lượng Newton (NES) ($ 5300-6400, 95% RTE) - > giữa TES & bình đun nước nóng & đệm - > máy nước nóng đã có TES (nhưng không thể chuyển nhiệt sang điện) thể tích nước 590 mm x 1650 mm (214 L) - < 320 L - > 29 kWh
- hiệu suất giảm xuống 50-70% khi đun nóng điện
DIY Sand pin HEATER. Hơn 599f đơn giản để thực hiện[15]
- Thiết bị:
- Bồn thép 30 L
- bộ phận làm nóng nước - > 300W 12v
- phần cứng đau cát (chơi cát) - > 5-8 kg
- cần thông gió
- mét
- Phương pháp:
- Điền một nửa
- đặt phần tử vào trung tâm
- kết nối đồng hồ w với dây phần tử
- trong 40 phút - > 179 ° C, trong 50 phút - > 290 °C
Hệ thống lưu trữ năng lượng cát cho máy nước nóng
- Nhu cầu về vật liệu lưu trữ mới và hiệu quả.
- Sử dụng cát, phong phú ở Jordan, làm vật liệu lưu trữ.
- Cát silica chiếm ưu thế ở miền nam Jordan, bao gồm 95,5% đến 98,31% SiO2
- Công suất nhiệt riêng của cát silica: trung bình 830 J / kg ° C
- Năng lượng được lưu trữ tỷ lệ thuận với sự gia tăng nhiệt độ, công suất nhiệt cụ thể và khối lượng trung bình.
- Bức xạ mặt trời ở Jordan:
- Trung bình hàng năm: 2080 kWh / m2.
- Hơn 300 ngày nắng hàng năm.
- Bức xạ trung bình hàng ngày: 5,7 kWh / m2, với 8 giờ nắng.
- Tháng Sáu và tháng Bảy có giờ nắng cao nhất (gần 12 giờ) và giá trị bức xạ (8.2 kWh / m2).
- Tháng 12 và tháng 1 - > hoạt động ít nhất của mặt trời (5 giờ / ngày) và bức xạ hàng ngày thấp nhất (2,9 kWh / m2).
- Tối ưu hóa góc nghiêng giữa 10 ° và 60 ° tăng bức xạ hàng năm lên 2419 kWh / m2.
- Góc nghiêng kinh tế và hiệu quả nhất để cài đặt hệ thống PV ở Jordan: 30 °.
- Bức xạ hàng năm ở góc này: 2330 kWh / m2.
- Thời tiết Jordan:
- Tháng nóng nhất: Tháng 7 (nhiệt độ trung bình 25 ° C / 77 ° F).
- Tháng lạnh nhất: Tháng 1 (nhiệt độ trung bình 8 ° C / 46 ° F).
- Thông số dao động nhiệt độ: giữa 31 ° C và 4 ° C trong suốt cả năm.
- Các trường hợp hiếm hoi có nhiệt độ khắc nghiệt: lên tới 43 ° C và thấp tới -10 ° C ở các khu vực khác nhau của Jordan.
- Thiết kế lưu trữ năng lượng để sử dụng ban đêm làm nguồn sưởi ấm nước.
- Nhiệt độ nước nóng tiêu chuẩn: 70 ° C.
- Sử dụng nước nóng trung bình cho mỗi người ở Jordan: 40 lít / ngày.
- Quy mô hộ gia đình trung bình ở Jordan: 5 người.
- Tổng lượng nước nóng: 200 lít (làm tròn đến 240 lít).
- Khối lượng nước: 240 kg.
- Nhiệt dung riêng của nước: 4.186 kJ / kg ° C.
- Required temperature: 80°C (including error).
- Min temperature in January: 5°C.
- Temperature difference (∆T): 75°C.
- Energy required (Q):
- Q=m×Cp×ΔT=240kg×4.186kJ/kg°C×75°C=75,348kJ
- Least sun hours per day in December: 5 hours.
- Least average solar radiation per day in December: 2.9 kWh/m².
- Energy demand: 75,500 kJ --> 20.98 kWh.
- Silica sand
- Thermal conductivity: 0.33 W/m°C.
- Average thermal heat capacity: 0.83 kJ/kg°C
- ∆T: 75°C
- m=Q/Cp×ΔT-->m=1,213kg.
- Density of silica: 1,522 kg/m³ --> V= 1 m3
- System Design
- Storage tank
- Heat exchanger
- D= 60 cm & H= 0.9 m
- inlet top, outlet bottom
Solar Power Calculator for London, Ontario, Canada[16]
- yearly avg of solar radiation in London Ontario: 1547.32 kWh/m2
- avg daily radiation: 4.232 kWh/m2
- Tháng của những ngày nắng cao nhất: 9,6h & 6,08 kWh / m2, ngày 10 tháng 7 & 6,11 kWh / m2
- Hoạt động mặt trời ít nhất: 2,3h & 1,97 kWh / m2, 2,7h & 1,67 kWh / m2
Dự báo thời tiết khí hậu và hàng tháng, London, Canada[17]
- Nhiệt độ trung bình trong tháng nóng nhất: 25,5
- Nhiệt độ trung bình trong tháng lạnh nhất: -8.2
- ↑ Sand Battery Technology: A Promising Solution for Renewable Energy Storage
- ↑ Sand Battery: An Innovative Solution for Renewable Energy Storage (A Review)
- ↑ Uses of sands in solar thermal technologies
- ↑ http://dx.doi.org/10.1016/B978-0-12-818634-3.50133-8
- ↑ Comparative CFD analysis of thermal energy storage materials in photovoltaic/thermal panels
- ↑ Cost-effective Electro-Thermal Energy Storage to balance small scale renewable energy systems
- ↑ Performance evaluation of a sand energy storage unit using response surface methodology
- ↑ Improved effective thermal conductivity of sand bed in thermal energy storage systems
- ↑ From waste to value: Utilising waste foundry sand in thermal energy storage as a matrix material in composites
- ↑ Heat Storing Sand Battery
- ↑ https://polarnightenergy.fi/sand-battery
- ↑ https://www.bbc.com/news/science-environment-61996520
- ↑ https://www.batsand.com/
- ↑ https://www.youtube.com/watch?v=KVqHYNE2QwE&t=62s
- ↑ https://web.archive.org/web/20240124041627/https://www.youtube.com/watch?v=4uUwMaiY12M 11/9/24 Video gốc không có sẵn
- ↑ https://solarcalculator.ca/report/Ontario/London/#:~:text=To%20navigate%2C%20press%20the%20arrow,panel%20slope%20of%2034o.
- ↑ https://www.weather-atlas.com/en/canada/london-climate