• Ingen resultater fundet

Termisk energilagring i metaller

N/A
N/A
Info
Hent
Protected

Academic year: 2022

Del "Termisk energilagring i metaller"

Copied!
20
0
0

Indlæser.... (se fuldtekst nu)

Hele teksten

(1)
(2)

Lars Reinholdt

1. december 2015

Termisk energilagring i

metaller

(3)

Lagerteknologier (el til el)

pris og effektivitet

Pris per kWh*

Pris per kW

(4)

 Teoretisk maksimum (Carnot)

𝜂 = 1 − 𝑇

C

/𝑇

H T skal være i K

Virkningsgrad af termiske lagre

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

0 100 200 300 400 500 600 700 800

hcarnot

T h

h 0 h 30 h 100 h 200

(5)

Hvorfor lagre elektricitet som varme ved høj temperatur?

1. El kan omsættes til varme (lagres) med 100% virkningsgrad uafhængigt af temperaturniveau

2. Høj temperatur kan give elektricitet med acceptabel effektivitet (𝜂 = 1 − 𝑇C/𝑇H)

3. Temperaturer karakteristiske for damp-turbiner:

Lageret i samspil med eksisterende kraftvarmeanlæg (bedre forrentning af anlægsinvestering).

4. Højere virkningsgrad kan opnås ved også at producere fjernvarme (fx ifm. ovenstående dampturbine.

5. Højtemperaturprocesser vil også være nødvendige i fremtidens energisystem

Lagring af elektricitet som varme

(6)

Sensibel / latent lagring

Q

T T

Sensibel lagring Q

Latent lagring 𝑑𝑇 d𝑄

TH TC

(7)

TC TH

Højtemperaturlagring i dag

 Behov for lagring især inden for solvarme (CSP)

Sensibel lagring – lagring ved temperaturændring i lagringsmediet - er mest udbredt, også i stor skala

Gemasolar, Andalusien 20 MW i 15 timer

(8)

Brændeovn med salthydratlager – slow heat release

 Udfordringer

 Lav varmeledningsevne

 Processen er ikke fuld reversibel

 Termisk ekspansion

 Underafkøling

Teknologisk Institut, Morsø Jernstøberi, & Miljøstyrelsen. (2011). Slow Heat Release - Brændeovn med salthydratlager.

(9)

Latent lagring i salte ved høj temperatur

 Ringe termisk ledningsevne

PCM: NaNO3, 83.3kWh/m3 kapacitet: 8.5 kWh

Tm=300 °C 𝜆=0.5 W/m/K

Laing, D., Bauer, T., Steinmann, W.-D., & Lehmann, D. (2009). ADVANCED HIGH TEMPERATURE LATENT HEAT STORAGE SYSTEM – DESIGN AND TEST RESULTS. The 11th International Conference on Thermal Energy Storage, (June), 1-8.

Afladning af PCM Q

(10)

Kandidater

Saltbad ved høje temperaturer

(11)

M-PCM: Metaller som PCM

PCM Tm[C] Lfus [kJ/kg]

K [W/K/

m]

Cost per unit energy [US$/kWh]

KNO3- NaNO3

222

94

0,8

KNO3 333 266 0,5

Zn 420 112 116 66

AlSi12 576 560 160

Al 660 397 237 19

Ca 842 213 201

Cu 1085 209 401 135

Pb 327 23 35 362

(12)

Metaller sammenlignet med salte:

 Varmeledningsevne >100 gange højere end salt

Simpelt design for varmeveksler

 Varmekapacitet relative høj

… men det er vægten typisk også

 Stabilitet

kongruent smeltning (konstant smeltetemperatur)

ingen underafkøling

lav termisk ekspansion

Varmelager baseret på et metal

Højeffektiv isolering

Indkapsling (keramisk materiale) PCM (aluminium)

Opladning (f.eks. resistive heating) Afladning

(rør til vanddamp)

(13)

Anvendelse af varmelagret

 Load shifting – forskydning af elektricitetsudbud

Opladning af M-PCM vha. vedvarende energikilder

 Bulk power management –

sæsonlagring af vedvarende energi

Turbine

Varme- veksler

Fjernvarme Kondensator

Kedel M-PCM lager

Afladning ved uønsket fald i produktion

M-PCM lager

(14)

 Meget få studier/projekter omhandler lagring af varme i metallers faseskift

Varmelagring i metallers faseskift

Wang et al., 2006. Experimental research on a kind of novel high temperature phase change storage heater. Energy Conversion and Management, 47, 2211-2222.

Radiator til opvarminng af beboelse – varme frigøres ved konvektion

(15)

 Høj temperatur ved faseskift (aluminium smelter ved 660 °C)

Termodynamisk mere effektiv ved tilbagekonvertering

Ideel til elproduktion Stabilitet

kongruent smeltning, ingen underafkøling, lav termisk ekspansion

 Meget høj varmeledningsevne

 Relativt billig

(15kr/kg, svinger dog meget) måske kan Al-skrot bruges

 Stor erfaring med håndtering

 Energiindhold:

0,107 kWh/kg / 300 kWh/m3

 ~300 dkk/kWh

(lager 7.4 m3 / 20 ton / 2.2 MWh)

 El>el effektivtet 40-50%

+ evt. fjernvarme

 Levetid: > 1.000 cykler ok

 Al stadig intakt ved skrotning

Aluminium som M-PCM

Smeltedigel med smeltet aluminium. Røret ned i metallet indeholder en Pt100-føler.

Gasfyret aluminium-smelteovn.

Ødelagt smeltedigel, materialet er grafitholdigt. Til kabelføring, er modstandsdygtig overfor smeltet aluminium.

(16)

Eksisterende teknologier

Electric Power Research Institute: Electricity Energy Storage Technology Options – A White Paper Primer on Applications, Costs, and Benefits, December 2010.

(17)

Energidensitet – sammenligning

M-PCM

http://www.electricitystorage.org/technology/storage_technologies/technology_comparison

(18)

Lagerets pris og effektivitet - sammenligning

M-PCM

http://www.electricitystorage.org/technology/storage_technologies/technology_comparison

Pris per kWh*

Pris per kW

(19)

 High-temperature electrolysis (500-1000 °C), fx:

 SOEC, elektricitet  brint (Solid oxide electrolyser cell)

 High-temperature fuel cells, fx.:

 SOFC, brint  elektricitet (solid oxide fuel cell)

 Dampturbine / ORC

 Concentrated solar power (CSP)

 Udballancering af udsving i brændselskvalitet (især affaldsforbrænding)

 Kogepeak

 Diverse industrielle processer hvor høj temperatur er krævet (fx bagning, vaskerier, autoklavering, tørreprocesser, raffinering)

Anvendelse

(20)

Mange tak

Lars Reinholdt Faglig leder

Køle og varmepumpeteknik Aarhus

E-mail: lre@teknologisk.dk

Tlf: 7220 1270

Referencer

RELATEREDE DOKUMENTER

Groundwater Cooling Thermal Energy Storage (Low Temperature) Groundwater Heat Pump.. Semi deep Low Temperature

The aim of the study is to develop a hybrid power gen- eration system by coupling in Variable Renewable Energy (VRE) technologies; Wind and Solar, to offset the Diesel

• Inside the project we have both economic models of the Danish electricity market and the cost of the thermal storage and a numerical model of thermal interactions in the rock bed.

Kær, “High temperature PEM fuel cell performance characterisation with CO and CO2 using electrochemical impedance spectroscopy,” International Journal of Hydrogen Energy, vol..

Chen, G., and Shakouri, A., "Heat Transfer in Nanostructures for Solid-State Energy Conversion, J.. of Heat

Wells and Nieuwenhuis (2012) argue that in general on the topic of technological forecasting and social change, research conducted have a tendency to focus on the consequences

High Temperature Thermal Energy Storage Utilizing Metallic Phase Change Materials and Metallic Heat Transfer

Her kan du se eller gense præsentationerne fra Energinet, Grøn Energi, EUDP og Hedensted Fjernvarme samt Teknologisk Institut.. Læs mere om årets konference samt se emner