Innowacyjny sposób magazynowania ciepła: sezonowa bateria z amoniakiem
W kontekście sezonowego magazynowania energii cieplnej jednym z głównych wyzwań pozostaje efektywne zarządzanie procesem ładowania i rozładowania przy zmiennych warunkach temperaturowych. Naukowcy z Zhejiang University przedstawili prototyp tzw. kompresyjnie wspomaganej adsorpcyjnej baterii cieplnej (CATB).
Zaprezentowana bateria stanowi interesujące podejście do sezonowego magazynowania energii cieplnej. Technologia ta łączy energię słoneczną z procesem adsorpcji amoniaku, umożliwiając gromadzenie ciepła w wyższej temperaturze i uwalnianie go, gdy temperatura jest niższa.
Na razie tylko prototyp
System wykorzystuje rzeczywisty proces kompresji amoniaku do kontrolowania faz adsorpcji i desorpcji, co pozwala uzyskać elastyczne zarządzanie ciepłem. Wzrost współczynnika kompresji z 1 do 4 zwiększa średnią moc wyjściową cieplną aż o 300 proc.
Kluczowym elementem układu są kompozytowe sorbenty na bazie chlorku strontu (SrCl2), ekspandowanego grafitu naturalnego (ENG) i cząsteczek metali pokrytych nanowęglem. Zastosowanie takich materiałów poprawia zarówno przewodność cieplną, jak i transport masy, co pozwala zoptymalizować pracę reaktora.
Prototyp CATB składa się z reaktora, skraplacza/parownika oraz bezolejowego kompresora napędzanego liniowym silnikiem magnetycznym. Urządzenie testowano w warunkach symulujących pracę w zimowym klimacie Lhasy (Chiny). Uzyskano łączne dostawy ciepła na poziomie 139,6 kWh, z czego 77,5% pochodziło z CATB, a 22,5% z instalacji słonecznej. Wydajność energetyczna systemu była wysoka, a zużycie prądu przez kompresory wyniosło zaledwie 12,1 kWh, co stanowiło tylko 8,7% całkowitej dostarczonej energii cieplnej.
Dzięki zastosowaniu kompresji system jest w stanie znacząco poszerzyć zakres temperatur pracy. Temperatura ładowania została obniżona z 100,3 st. C do 65,8 st. C, gdy temperatura otoczenia wynosi 25 st. C, a temperatura rozładowania podniesiona z 51,4 st. C do 77,1 st. C przy -10 st. C. Pozwala to pokryć typowe potrzeby grzewcze w budynkach mieszkalnych.
Autorzy wykazali, że CATB może działać zgodnie z zasadą „ciepła na żądanie” (output on demand), czyli regulować moc cieplną w zależności od rzeczywistego zapotrzebowania, co w rezultacie umożliwia precyzyjne sterowanie systemem w czasie rzeczywistym.
Najbardziej optymalne warunki dla CATB
Analiza globalna wskazuje, że najbardziej optymalne lokalizacje do zastosowania CATB znajdują się wokół 45. równoleżnika północnego i południowego, np. w Chinach, Ameryce Północnej i Południowej oraz wokół Morza Czarnego. Obszary te cechują się wysokim zapotrzebowaniem na ciepło zimą i dużą dostępnością energii słonecznej latem.
Nowa technologia pokazuje, że zastosowanie sprężonej adsorpcji amoniaku może stanowić interesującą alternatywę w rozwiązaniach magazynowania ciepła. Jej elastyczność, wysoka gęstość energetyczna (ang. energy storage density, ESD), niskie straty ciepła oraz możliwość integracji z energią słoneczną sprawiają, że CATB może odegrać istotną rolę w budowie przyszłych systemów grzewczych odpornych na sezonowe zmiany zapotrzebowania.
Więcej szczegółów na temat przeprowadzonych eksperymentów można odnaleźć w artykule naukowym pt.: „A solar adsorption thermal battery for seasonal energy storage” opublikowanym w „Cell Reports Physical Science”.
Radosław Błoński
redakcja@gramwzielone.pl
© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy Gramwzielone.pl Sp. z o.o.
