La tecnología de almacenamiento térmico desempeña un papel importante en la mejora de la flexibilidad del almacenamiento mundial de energía para lograr una producción estable de energía renovable y mejorar la eficiencia de utilización de la energía. En este artículo se explican el concepto, la clasificación, los tipos, el escenario de uso, el desarrollo tecnológico, el proceso de conversión energética y las perspectivas de la energía renovable. almacenamiento de energía térmica.
1.¿Qué es el almacenamiento de energía térmica?
La tecnología de almacenamiento de energía térmica (TES) almacena temporalmente energía (calor solar, geotérmica, calor residual industrial, calor residual de baja calidad, etc.) calentando o enfriando el medio de almacenamiento de energía, de modo que la energía almacenada pueda utilizarse para generar electricidad, calefacción y refrigeración.
Por ejemplo, se utilizan líquidos o sólidos para almacenar el exceso de energía eléctrica y térmica. El calor almacenado se utiliza entonces para proporcionar energía térmica al generador y generar electricidad.
2. Tipos de tecnologías de almacenamiento de energía térmica
Según los distintos principios de almacenamiento térmico, la tecnología de almacenamiento térmico (TES) puede dividirse en almacenamiento térmico sensible, almacenamiento térmico por cambio de fase y almacenamiento térmico termoquímico.
- Almacenamiento de calor sensible (ACS): Almacena (o libera) calor aumentando (disminuyendo) la temperatura de materiales sólidos o líquidos sin cambio de fase.
- Almacenamiento de calor latente (LHS): El calor se almacena en un determinado medio (o se libera del medio), y el medio experimenta cambios de estado físico durante el proceso de almacenamiento y liberación de calor.
- Almacenamiento térmico de calor químico (TCHS): El calor se almacena y se libera mediante reacciones químicas endotérmicas o exotérmicas entre dos componentes.
Estos tres tipos de sistemas de almacenamiento térmico cubren una amplia gama de temperaturas de funcionamiento (generalmente se aplican en la gama de temperaturas de -40°C a 700°C), y una amplia gama de almacenamiento de energía (generalmente se aplican en 10-2250MJ/m3).
3. Ventajas, desventajas y escenarios de aplicación de la tecnología de almacenamiento de energía térmica
Comparada con otras formas de tecnología, la tecnología de almacenamiento térmico tiene ventajas únicas:
- Transferencia de la demanda. Reducir los picos y niveles de demanda almacenando energía cuando la demanda es baja y liberándola cuando es alta;
- Volatilidad de la integración del suministro energético. Reducir las emisiones de CO2 y disminuir los costes garantizando que la energía se utiliza cuando es más barata y que hay más energías renovables en el mix;
- Integración de departamentos. Mejorar la eficiencia energética global de los sistemas energéticos, donde la energía fuera de horas punta se utiliza para accionar bombas de calor que pueden generar calor a partir de electricidad más barata y calor residual de fuentes industriales para equilibrar las cargas del sistema energético;
- Gestión de la red eléctrica. Gracias a este despliegue, puede aliviarse la presión sobre la red eléctrica y reducirse la necesidad de costosas actualizaciones de la misma;
- Almacenamiento estacional de energía. El calor se almacena en verano para satisfacer la demanda de calefacción en invierno, mientras que la energía fría se almacena en invierno para satisfacer la demanda de calefacción en verano.
Al mismo tiempo, no se pueden ignorar los obstáculos a los que se enfrenta su despliegue:
- Los escenarios de aplicación son relativamente limitados;
- La tecnología y los sistemas son relativamente inmaduros;
- La eficiencia de la etapa de conversión termoeléctrica es uno de sus factores limitantes.
4. Proceso de conversión energética del almacenamiento de energía térmica
La tecnología de almacenamiento térmico (TES) utiliza la electricidad para calentar y aislar materiales, y finalmente convierte el calor de nuevo en electricidad a través de un dispositivo de conversión de energía.
Los tres pasos principales de la conversión termoeléctrica son convertir la energía eléctrica en energía térmica, almacenar la energía térmica y volver a convertir la energía térmica en energía eléctrica.
Pérdidas de energía típicas asociadas a cada paso en un sistema de tecnología de almacenamiento térmico universal con una eficiencia de ida y vuelta de 47% (la relación entre la energía devuelta a la red y la energía extraída de la red).
5.¿Cómo funcionan los sistemas de almacenamiento de energía térmica?
El fluido se almacena en dos depósitos: uno a alta temperatura y otro a baja temperatura. El fluido del tanque de baja temperatura pasa por el colector o receptor solar, donde la energía solar lo calienta a alta temperatura, y luego fluye al tanque de alta temperatura para su almacenamiento.
6.¿Cómo se almacena la energía térmica?
El almacenamiento de energía térmica consiste en calentar o enfriar un medio para utilizar la energía cuando se necesite más tarde. En su forma más simple, esto podría significar el uso de un depósito de agua para el almacenamiento de calor, donde el agua se calienta en momentos en que hay mucha energía, y la energía se almacena entonces en el agua para su uso cuando la energía es menos abundante.
7. ¿Cuál es el estado tecnológico actual del almacenamiento de energía térmica?
La tecnología de almacenamiento térmico incluye dos elementos. Uno es la conversión de energía térmica, que incluye no sólo la conversión entre energía térmica y otras formas de energía, sino también la transferencia de energía térmica entre distintos soportes materiales; el segundo es el almacenamiento de energía térmica.
Es decir, el estado de existencia de la energía térmica en el soporte material, que se expresa teóricamente como sus características termodinámicas. Aunque existen muchas formas de almacenamiento de calor, como el almacenamiento de calor sensible, el almacenamiento de calor latente y el almacenamiento de calor por reacción química, se trata esencialmente de la energía del movimiento térmico de un gran número de moléculas de una sustancia.
Por lo tanto, en un sentido general, las propiedades termodinámicas del almacenamiento de energía térmica son las mismas que las de la termodinámica, y ambas tienen dos características de medición: la calidad, es decir, la primera ley y la segunda ley de la termodinámica.
8. Dirección técnica de los materiales de almacenamiento de energía térmica
La investigación sobre materiales de almacenamiento de calor se centra actualmente en los materiales de almacenamiento de calor sensible y los materiales de cambio de fase, especialmente los materiales de cambio de fase de alta temperatura con alta densidad de almacenamiento de calor y estructuras compactas de dispositivos de almacenamiento de calor.
El control de la temperatura de fusión de las sustancias mediante el ajuste de la proporción de diferentes sales en la zona de trabajo a temperatura media-alta ha despertado el interés de muchos investigadores.
La temperatura de los materiales de almacenamiento de calor sensible no puede permanecer estable durante el proceso de liberación de energía, y la pérdida de calor durante el intercambio de calor es elevada. No pueden almacenar calor durante mucho tiempo, y su capacidad de almacenamiento de calor es baja, lo que no puede satisfacer los requisitos industriales actuales;
El almacenamiento térmico químico utiliza el
El almacenamiento de energía térmica es un tipo de almacenamiento de energía química, Proceso de reacción endotérmica/exotérmica de los materiales de almacenamiento térmico para almacenar y liberar calor. Aunque este método tiene una mejor capacidad de almacenamiento de calor y una pérdida de calor relativamente pequeña, se enfrenta a la corrosión de los equipos por los materiales de almacenamiento de calor y la transferencia de calor. Problemas como la escasa capacidad de transferencia de masa y la dificultad en el desarrollo de materiales limitan las aplicaciones prácticas;
La tecnología de almacenamiento de calor latente utiliza materiales de cambio de fase para absorber o liberar calor durante el proceso de cambio de fase, realizando así el intercambio de calor, lo que compensa las deficiencias del almacenamiento de calor sensible que no puede conservar el calor durante mucho tiempo. Además, la densidad de almacenamiento de energía es grande y no se produce ninguna reacción química. Causa daños al entorno ecológico.
9. Perspectivas del almacenamiento de energía térmica
Desde la perspectiva de las tendencias de desarrollo mundial, el desarrollo de la tecnología de almacenamiento térmico es una necesidad para la competencia internacional a largo plazo en este campo, y también es un requisito para alcanzar el objetivo de neutralidad de carbono de 3060 pico de carbono.
En segundo lugar, la energía térmica representa más de 50% de la demanda de consumo de energía terminal, lo que significa que el valor y el espacio de desarrollo del almacenamiento térmico no son menores que los del almacenamiento de electricidad. Por tanto, es necesario desarrollar el almacenamiento de energía térmica a largo plazo.
Eso es todo sobre el almacenamiento de energía térmica， si está interesado en el almacenamiento de energía, puede consultar Los 10 mayores fabricantes mundiales de baterías de almacenamiento de energía.
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