Angesichts der weltweit steigenden Nachfrage nach erneuerbaren Energien ist die Energiespeichertechnologie zu einer der Schlüsseltechnologien für die Förderung der Energiewende geworden. Thermochemische Energiespeicherungals innovative Energiespeichermethode hat aufgrund ihrer Vorteile - hohe Dichte, hoher Wirkungsgrad und Langzeitspeicherung - nach und nach an Aufmerksamkeit gewonnen.
Im Gegensatz zu herkömmlichen physikalischen Energiespeichermethoden wird bei der thermochemischen Energiespeicherung Wärmeenergie durch chemische Reaktionen in Chemikalien gespeichert und bei Bedarf wieder abgegeben. Diese Technologie kann nicht nur den Widerspruch zwischen Energieangebot und -nachfrage wirksam mildern, sondern auch eine neue Lösung zur Verbesserung der Zuverlässigkeit erneuerbarer Energien bieten.
Was ist thermochemische Energiespeicherung?
Die thermochemische Energiespeicherung ist eine innovative Energiespeichertechnologie die chemische Reaktionen nutzt, um Wärme oder andere Energie in chemische Energiespeicherung und reagiert in umgekehrter Richtung, um bei Bedarf Energie freizusetzen.
Die Technologie ist in der Lage, große Wärmemengen über lange Zeiträume zu speichern, und bietet gleichzeitig die Vorteile einer hohen Energiespeicherdichte und eines geringen Wärmeverlusts. Bei der Energiewende spielt die thermochemische Energiespeicherung eine Schlüsselrolle. Sie verfügt über eine höhere Energiedichte und eine längere Speicherzeit als herkömmliche Energiespeichermethoden und gilt daher als heiße Technologie im Bereich der zukünftigen Energiespeicherung.
Grundsätze der thermochemischen Energiespeicherung
Die thermochemische Energiespeicherung unterscheidet sich von der herkömmlichen Speicherung fühlbarer Wärme und der Speicherung latenter Wärme. Bei der thermochemischen Energiespeicherung werden Stoffe verändert. Das Prinzip besteht darin, die endothermen und exothermen Eigenschaften chemischer Reaktionen zu nutzen, um Wärmeenergie zu speichern und freizusetzen.
Der spezifische Prozess ist eine endotherme Reaktion für die Energiespeicherung, die Reaktanten werden in mehrere Produkte zerlegt, die entstehenden Produkte werden separat gespeichert, und wenn der Bedarf an Energiefreisetzung auftritt, erfolgt der Kontakt zwischen den Produkten mit exothermer Reaktion, um die Freisetzung von Wärmeenergie zu erreichen.
Merkmale der thermochemischen Energiespeicherung
Die Bedingungen für die Energiespeicherung werden gelockert
Die Wärmeenergie wird zur Speicherung in chemische Energie umgewandelt. Solange die Produkte der endothermen Reaktion getrennt gelagert werden, besteht keine Notwendigkeit, die Isoliereinrichtungen zu verstärken, und es kann eine langfristige und weitreichende Energiespeicherung erreicht werden.
Hohe Energiespeicherdichte
Aufgrund des Bruchs und der Reorganisation chemischer Bindungen im chemischen Reaktionsprozess ist die Energiespeicherdichte deutlich höher als die von Materialien für fühlbare Wärme und latente Wärme, nämlich 8- bis 10-mal höher als bei Materialien für fühlbare Wärme und mehr als 2-mal höher als bei Materialien für latente Wärme.
Geringer Wärmeverlust
Im Speicherprozess sind die chemischen Reaktionsprodukte relativ stabil, was den Wärmeverlust der Energie verringern und die Effizienz der Energiespeicherung verbessern kann.
Breiter Temperaturbereich
Thermochemische Energiespeichermaterialien haben ein breites Spektrum von Temperaturanwendungen, insbesondere im Bereich der Hochtemperatur-Energiespeicherung.
Gängige Materialien für die thermochemische Energiespeicherung
Üblicherweise verwendete thermochemische Energiespeichermaterialien können in Metallhydroxid-System, Metalloxid-System, Salzhydrat-System, Carbonat-System, Ammoniak-Zersetzungs-System und so weiter unterteilt werden. Die Temperatur der verschiedenen Materialien ist unterschiedlich und kann je nach Bedarf der Energiespeichertemperatur ausgewählt werden.
Hydratisiertes Salzsystem
Bei der Energiespeicherung von hydratisiertem Salz wird das Hydrat thermisch zersetzt, das kristalline Wasser wird entfernt und die Wärmeenergie wird in chemische Energie für die Speicherung umgewandelt. Salzhydrat hat die Eigenschaften von ungiftig, geringe Korrosion, Salzhydrat-System ist meist für niedrige Temperatur thermochemische Energiespeicherung verwendet, die anwendbare Temperaturbereich von 50℃ bis 150℃ repräsentative thermochemische Materialien MgSO4-7H2O, SrBr-6H2O, NaS2-5H2O, MgCl26H2O.
Metallhydroxid-System
Das Metallhydroxid-System wird hauptsächlich für die thermochemische Energiespeicherung bei mittleren Temperaturen verwendet, und die üblicherweise verwendeten thermochemischen Materialien sind CaO/Ca(OH)2 und MgO/Mg(OH)2, die die Vorteile ungiftiger Materialien, niedriger Preise und guter Zyklenleistung haben. Der anwendbare Temperaturbereich liegt in der Regel bei 100℃~550℃.
Metalloxid
Metalloxide werden häufig für die thermochemische Hochtemperatur-Energiespeicherung verwendet. Die am häufigsten verwendeten thermochemischen Materialien sind BaO2/BaO und Co3O4/CoO, die den Vorteil haben, dass es keine Nebenreaktionen gibt, keine Nebenprodukte entstehen und die Zyklen stabil sind. Der anwendbare Temperaturbereich liegt in der Regel zwischen 400℃ und 1026℃.
Anwendungsszenarien der thermochemischen Energiespeicherung
Thermochemische Mittel- und Niedertemperatur-Energiespeicher können in verschiedenen Anwendungsszenarien eingesetzt werden, z. B. für die Zentralheizung von Wohnhäusern, Krankenhäusern, Einkaufszentren und Bürogebäuden sowie für die industrielle Abwärmenutzung bei entsprechenden Temperaturbedingungen.
Was die Beheizung von Gebäuden anbelangt, so wurden in Ländern wie Kanada, Deutschland und Österreich zahlreiche Studien durchgeführt. Der thermochemische Reaktor wird mit einem Sonnenkollektor kombiniert.
Die Wärme der Sonnenenergie wird tagsüber für die endotherme thermochemische Reaktion genutzt, und die Sonnenenergie wird in einen chemischen Energiespeicher umgewandelt, so dass die Luft und das Wasser im Haus nachts durch die umgekehrte exotherme Reaktion erwärmt werden können. Da die thermochemische Energiespeicherung hervorragende Vorteile bei der langfristigen Energiespeicherung hat, kann sie auch eine saisonübergreifende Energiespeicherheizung für Gebäude realisieren.
Der Betriebstemperaturbereich der thermochemischen Hochtemperatur-Energiespeicherung entspricht dem der solaren Turmstromerzeugung, so dass die thermochemische Hochtemperatur-Energiespeicherung hauptsächlich im Bereich der photothermischen Stromerzeugung eingesetzt wird.
Der Einsatz thermochemischer Energiespeichersysteme kann das Problem der schwankenden Sonneneinstrahlung lösen, die Stromerzeugungszeit verlängern, den Kapazitätsfaktor der Stromerzeugung verbessern und die Stromerzeugungskosten senken. In dieser Hinsicht führen China, Deutschland, Australien und andere Länder entsprechende Forschungen durch.
Schlussfolgerung
Die Technologie der thermochemischen Energiespeicherung weist aufgrund ihrer hohen Energiedichte, langen Speicherzeit, geringen Wärmeverluste und breiten Temperaturanpassungsfähigkeit ein großes Potenzial für zukünftige Energiesysteme auf.
Mit dem technologischen Fortschritt und der fortschreitenden Marktreife wird die thermochemische Energiespeicherung zu einer wichtigen Kraft bei der Förderung der Energiewende und der Entwicklung der erneuerbaren Energien. In der künftigen Energielandschaft werden sie eine Schlüsselrolle spielen, indem sie die Entwicklung nachhaltiger Energie weltweit stark unterstützen.
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