Tehnologije toplotnog skladištenja obnavljaju neiskorišteni izvor energije

Naučnici odjela za energetiku američke nacionalne laboratorije Argonne su proizveli novu vrstu termalne baterije koja brzo skladišti toplotu i pušta je na zahtjev.

Toplota generisana u fabrikama od strane teških vozila i drugih sistema je često protraćena. Oko 60% energije u procesu sagorijevanja se gubi u obliku toplote.

Šta ako postoji način da se „uhvati“ ta toplota i kasnije iskoristi kao izvor energije? Naučnici odjela za energetiku američke nacionalne laboratorije su razmišljali o tome, te su razvili termalni sistem za skladištenje energije (Thermal Energy Storage System-TESS) za koji su dobili nagrade.

Naučnici su detaljno tražili način kako da skladište toplotnu energiju koristeći koncentrirajuće solarne elektrane (CSP), a pri tom su došli do ideje TESS-a. CSP elektrane generišu struju iz solarne energije i rade na veoma visokim temepraturama. Skladištenje toplote se koristi kod tih elektrana kako bi se sačuvala toplota koja se generiše kada nema Sunca, te kako bi se struja mogla generisati i noću i tokom oblačnih dana.

TESS se može koristiti u solarnim panelama i drugim proizvodnim objektima kako bi se smanjili operativni troškovi tako što se skladišti i ponovo koristi otpadna toplota. Naučnik iz Argonne-a Dileep Singh koji vodi odjel za razvoj TESS-a opisuje tu tehnologiju kao termalnu bateriju. Baš kao što se tradicionalne baterije pune strujom, TESS se puni toplotom.

TESS se može koristiti za veliki niz komercijalnih upotreba. Pojačavanjem performansi i efikasnosti kombiniranog toplotnog i sistema elektirčne energije (CHP), TESS može pomoći elektranama i drugim industrijama, te industrijama na termičke pogone da budu efikasnije tako što skladište toplotu koja se emitira tokom dana i onda je iskoriste tokom noći.

„Skladištenje termalne energije i njena upotreba tokom perioda visokih cijena električne energije može rezultirati značajnim uštedama troškova,“ kaže Singh. „Ovo je posebno važno za procesnu i proizvodnu industriju i za upotrebu u građevinstvu jer smanjuje operativne troškove i povećava energetsku efikasnost.“

TESS se potencijalno može koristiti u teškim kamionima ili električnim vozilima za pretvaranje toplote u mehaničku energiju ili grijanje u kabini. Sposobnost sistema da brzo oslobađa toplotu može pomoći da se reguliše grijanje i hlađenje poslovnih zgrada.

„TESS može biti energetski efikasna i isplativa opcija za mnoge različite industrijske procese jer se može koristiti za rad na različitim temperaturama i ima jedinstven modularni dizajn,“ kaže Singh.

Kako TESS radi

TESS brzo skladišti i otpušta otpadnu toplotu koja kasnije može da ima više primjena. Jedna jedinica je veličine kante za smeće. Unutar TESS-a se nalazi materijal za promjenu faza, ubačen u jedinstveno dizajniranu toplotnu jezgru od pjene. Materijal za promjenu faza, adaptiran na specifične radne raspone temperatura, se topi kada se zagrijava i ponovo očvršćava kada se hladi. Pjenasta jezgra efikasno razmjenjuje toplotu.

Prednosti TESS sistema

3 najveće prednosti TESS sistema su prilagodljivost, modularnost i efikasnost, što povećava njegovu isplativost.

Naučnici mogu prilagoditi TESS da radi za različite upotrebe tako što izaberu specifični materijal za promjenu faza, te ga tako adaptiraju na mnoge industrijske procese.

Termalno provodljiva pjenasta jezgra pravi TESS visoko efektivnim u poređenju sa sličnim tehnologijama. TESS također ima visoku gustinu energije što rezultira sa više kompaktnim otiskom u uporedbi sa drugim najčešće korištenim sistemima za skladištenje toplote.

Idući korak

Od kako se razvio, TESS je bio prepoznat kao veliki korak za skladištenje toplote i u industriji i od vlade. 2019. godine ova tehnologija je bila nagrađena R&D 100 nagradom – koja ima nadimak “Oskar inovacija” – dodjeljuje se revolucionarnim idejama u polju nauke i tehnologije.

Argonne-ovi naučnici su također dobili novčanu nagradu iz fonda za komercijalizaciju tehnologije DOE kako bi nastavili dalje usavršavati tehnologije. Sa ovim fondom, Singh i njegovi naučnici rade sa Capstone-om, koji proizvode CHP mikroturbine. Sa TESS sistemom, toplota koja se ispušta od rada CHP može da se skladišti i ponovo koristi. Argonne-ov tim je također razvio interni test kako bi testirali performanse na velikom broju ciklusa punjenja i pražnjenja.