Geceleri güneş enerjisi? Rüzgarsız rüzgar enerjisi olur mu? Alman Havacılık ve Uzay Merkezi (DLR), endüstri ve araştırmadan katılımcılarla birlikte, yenilenebilir enerjiler için bir depolama tesisi inşa etti ve başarıyla test etti. Sözde Carnot pili, elektriği ısı şeklinde depolayabilir ve gerektiğinde tekrar elektrik üretmek için kullanabilir. Nitrat tuzları bir depolama ortamı görevi görür.
Endüstriyel ölçekte, teknoloji, yenilenebilir kaynaklardaki dalgalanmaları dengeleme potansiyeline sahiptir. Bu, onu güvenli ve kontrol edilebilir bir yenilenebilir enerji kaynağı için başka bir yapı taşı yapar.
Yenilenebilir enerjileri tuzla depolamak
Karanlık durgunlukları ve en yüksek yükleri iklim açısından nötr bir şekilde köprülemek, enerji geçişinin temel zorluklarından biridir. Depolama sistemleri sayesinde, rüzgarın esmediği ve güneşin olmadığı zamanlarda yenilenebilir enerjinin fazlası kullanılabilir.
CHESTER (Yenilenebilir kaynaklardan enerji için sıkıştırılmış ısı enerjisi depolaması) araştırma projesinde, ilgili kişiler şimdi Stuttgart’taki DLR tesisinde bir Carnot pilini çalıştırdı. DLR Teknik Termodinamik Enstitüsü’nde projeyi denetleyen Maike Johnson, “Teknolojiyi endüstriyel ve pratikte kullanılabilmesi için optimize etmeye çalışıyoruz” diye açıklıyor.
Elektrik – ısı – elektrik
Carnot pilinin kalbi, DLR Teknik Termodinamik Enstitüsü tarafından geliştirilen ve yaklaşık iki metreküp nitrat tuzuyla doldurulmuş gizli bir ısı depolama cihazıdır. Yüksek sıcaklıklı bir ısı pompası, tuzu 150 santigrat dereceye ısıtmak için depolanacak elektriği kullanır. Maike Johnson, “Gizli çünkü tuz ısıtıldığında erir. Sağlanan ısının bir kısmı görünüşte gizlidir, yani tuz kristallerindeki bağların gevşemesinde gizlidir,” diye açıklıyor Maike Johnson. Tuza bağlı olarak, gizli ısı akümülatörleri, eritme işlemi olmadan ısı akümülatörlerine göre yaklaşık iki kat daha fazla enerji emebilir.
Carnot pillerinin tipik saklama süresi birkaç saatten birkaç güne kadardır. Akümülatörü boşaltmak için, ikinci bir devre ısıyı bir jeneratörle bir türbini çalıştıran bir ısı makinesine aktarır. Bu şekilde iklim nötr bir şekilde üretilen elektrik şebekeye geri beslenebilir.
kar taneleri gibi ısı eşanjörleri
DLR termal depolama sisteminin özelliği, ısı eşanjörüdür. DLR Teknik Termodinamik Enstitüsü tarafından ampirik ve matematiksel olarak tasarlanan borular, depolama tankından geçer. Soğutucu akışkanlar için iki kanalı vardır – biri şarj etmek için, diğeri ısı akümülatörünü boşaltmak için. Bu, depolama sisteminin farklı işlem parçalarını birleştirmek için farklı soğutucularla çalışmayı mümkün kılar.
Buhar devreleri ve tuz arasında verimli enerji transferi için, ısı eşanjörleri kar tanesini andıran nervür benzeri bir enine kesite sahiptir. Bu, tuz için mümkün olan en geniş temas yüzeyi ile sonuçlanır.
Test çalışmasından önce her bileşen ayrı ayrı kontrol edilir
Son birkaç ayda, araştırmacılar depolama döngüsünün tüm bileşenlerini ve her sürecini ayrı ayrı test ettiler. Buradaki zorluk, optimum çalışma parametrelerini bulmak ve ayarlamaktır. Maike Johnson, “Isı pompası ile depolama arasında ve ardından ısı motoruna istikrarlı bir ısı transferi için, tüm bileşenlerin zaman açısından ve doğru çıkışla etkileşimde bulunması gerekir” diye açıklıyor. “Ne kadar soğutma sıvısına ihtiyaç var? Tuz ne kadar çabuk ısıtılıp soğutulabilir? Depolamadan hangi performansı alabiliriz?”
Bilim adamları şimdi sistem sınırlarını keşfetmek için farklı yük senaryolarını, ısı akışlarını ve sıcaklık profillerini test ediyorlar. Daha büyük sistemlerde ısı kayıpları ve farklı çalışma koşulları rol oynar. Pilot tesis ile, bu zaten araştırma aşamasında araştırılıyor.
“Carnot pilleri, sürdürülebilir bir enerji ekonomisinde yaygın kullanım potansiyeline sahip. Endüstriyel sistemlerin yaklaşık on yıl içinde piyasada bulunmasını bekliyoruz. Bunlar daha sonra daha uzun depolama süreleri ve birkaç megavatlık çıktılar için tasarlandı” diye açıklıyor DLR Teknik Termodinamik Enstitüsü Faz Değişimli Termal Depolama grubu Başkanı Dr. Andrea Gutierrez.
Sektör bağlantısı için Carnot pilleri
Carnot pillerinin en büyük avantajı elektrik ve ısıyı aynı anda sağlayabilmeleridir. Sektör kuplajında diğer enerji sistemlerine kolayca bağlanabilirler. Bu özellikle endüstri için ilginçtir. Depolanan ısı birçok endüstriyel proseste doğrudan kullanılabilir. Mevsimsel ısı depolaması ile bağlantılı olarak, termal enerjiyi aylarca tutabilirler.
Carnot pillerinin boyutu, kapasitesi ve enerji yönetimi, özel ihtiyaçları karşılayacak şekilde özelleştirilebilir. Bu, onları örneğin akıllı bölgesel ısıtma olarak bilinen şey için uygun hale getirir. Bunlar, toplu konutlara veya ofis parklarına enerji sağlayan depolama tesisi çevresindeki yerel elektrik ve ısıtma şebekeleridir.
Endüstriyel ölçekte, teknoloji, yenilenebilir kaynaklardaki dalgalanmaları dengeleme potansiyeline sahiptir. Bu, onu güvenli ve kontrol edilebilir bir yenilenebilir enerji kaynağı için başka bir yapı taşı yapar.
Yenilenebilir enerjileri tuzla depolamak
Karanlık durgunlukları ve en yüksek yükleri iklim açısından nötr bir şekilde köprülemek, enerji geçişinin temel zorluklarından biridir. Depolama sistemleri sayesinde, rüzgarın esmediği ve güneşin olmadığı zamanlarda yenilenebilir enerjinin fazlası kullanılabilir.
CHESTER (Yenilenebilir kaynaklardan enerji için sıkıştırılmış ısı enerjisi depolaması) araştırma projesinde, ilgili kişiler şimdi Stuttgart’taki DLR tesisinde bir Carnot pilini çalıştırdı. DLR Teknik Termodinamik Enstitüsü’nde projeyi denetleyen Maike Johnson, “Teknolojiyi endüstriyel ve pratikte kullanılabilmesi için optimize etmeye çalışıyoruz” diye açıklıyor.
Elektrik – ısı – elektrik
Carnot pilinin kalbi, DLR Teknik Termodinamik Enstitüsü tarafından geliştirilen ve yaklaşık iki metreküp nitrat tuzuyla doldurulmuş gizli bir ısı depolama cihazıdır. Yüksek sıcaklıklı bir ısı pompası, tuzu 150 santigrat dereceye ısıtmak için depolanacak elektriği kullanır. Maike Johnson, “Gizli çünkü tuz ısıtıldığında erir. Sağlanan ısının bir kısmı görünüşte gizlidir, yani tuz kristallerindeki bağların gevşemesinde gizlidir,” diye açıklıyor Maike Johnson. Tuza bağlı olarak, gizli ısı akümülatörleri, eritme işlemi olmadan ısı akümülatörlerine göre yaklaşık iki kat daha fazla enerji emebilir.
Carnot pillerinin tipik saklama süresi birkaç saatten birkaç güne kadardır. Akümülatörü boşaltmak için, ikinci bir devre ısıyı bir jeneratörle bir türbini çalıştıran bir ısı makinesine aktarır. Bu şekilde iklim nötr bir şekilde üretilen elektrik şebekeye geri beslenebilir.
kar taneleri gibi ısı eşanjörleri
DLR termal depolama sisteminin özelliği, ısı eşanjörüdür. DLR Teknik Termodinamik Enstitüsü tarafından ampirik ve matematiksel olarak tasarlanan borular, depolama tankından geçer. Soğutucu akışkanlar için iki kanalı vardır – biri şarj etmek için, diğeri ısı akümülatörünü boşaltmak için. Bu, depolama sisteminin farklı işlem parçalarını birleştirmek için farklı soğutucularla çalışmayı mümkün kılar.
Buhar devreleri ve tuz arasında verimli enerji transferi için, ısı eşanjörleri kar tanesini andıran nervür benzeri bir enine kesite sahiptir. Bu, tuz için mümkün olan en geniş temas yüzeyi ile sonuçlanır.
Test çalışmasından önce her bileşen ayrı ayrı kontrol edilir
Son birkaç ayda, araştırmacılar depolama döngüsünün tüm bileşenlerini ve her sürecini ayrı ayrı test ettiler. Buradaki zorluk, optimum çalışma parametrelerini bulmak ve ayarlamaktır. Maike Johnson, “Isı pompası ile depolama arasında ve ardından ısı motoruna istikrarlı bir ısı transferi için, tüm bileşenlerin zaman açısından ve doğru çıkışla etkileşimde bulunması gerekir” diye açıklıyor. “Ne kadar soğutma sıvısına ihtiyaç var? Tuz ne kadar çabuk ısıtılıp soğutulabilir? Depolamadan hangi performansı alabiliriz?”
Bilim adamları şimdi sistem sınırlarını keşfetmek için farklı yük senaryolarını, ısı akışlarını ve sıcaklık profillerini test ediyorlar. Daha büyük sistemlerde ısı kayıpları ve farklı çalışma koşulları rol oynar. Pilot tesis ile, bu zaten araştırma aşamasında araştırılıyor.
“Carnot pilleri, sürdürülebilir bir enerji ekonomisinde yaygın kullanım potansiyeline sahip. Endüstriyel sistemlerin yaklaşık on yıl içinde piyasada bulunmasını bekliyoruz. Bunlar daha sonra daha uzun depolama süreleri ve birkaç megavatlık çıktılar için tasarlandı” diye açıklıyor DLR Teknik Termodinamik Enstitüsü Faz Değişimli Termal Depolama grubu Başkanı Dr. Andrea Gutierrez.
Sektör bağlantısı için Carnot pilleri
Carnot pillerinin en büyük avantajı elektrik ve ısıyı aynı anda sağlayabilmeleridir. Sektör kuplajında diğer enerji sistemlerine kolayca bağlanabilirler. Bu özellikle endüstri için ilginçtir. Depolanan ısı birçok endüstriyel proseste doğrudan kullanılabilir. Mevsimsel ısı depolaması ile bağlantılı olarak, termal enerjiyi aylarca tutabilirler.
Carnot pillerinin boyutu, kapasitesi ve enerji yönetimi, özel ihtiyaçları karşılayacak şekilde özelleştirilebilir. Bu, onları örneğin akıllı bölgesel ısıtma olarak bilinen şey için uygun hale getirir. Bunlar, toplu konutlara veya ofis parklarına enerji sağlayan depolama tesisi çevresindeki yerel elektrik ve ısıtma şebekeleridir.