A tecnologia de armazenamento térmico desempenha um papel importante na melhoria da flexibilidade da armazenamento global de energia O sistema de conversão de energia é uma forma de aumentar a eficiência do sistema de conversão de energia, obter uma produção estável de energia renovável e melhorar a eficiência da utilização de energia. Este artigo abordará o conceito, a classificação, os tipos, o cenário de utilização, o desenvolvimento tecnológico, o processo de conversão de energia e as perspectivas de armazenamento de energia térmica.
1) O que é o armazenamento de energia térmica?
A tecnologia de armazenamento de energia térmica (TES) armazena temporariamente energia (calor solar, geotérmica, calor residual industrial, calor residual de baixa qualidade, etc.) através do aquecimento ou arrefecimento do meio de armazenamento de energia, de modo a que a energia armazenada possa ser utilizada para a produção de eletricidade, aquecimento e arrefecimento.
Por exemplo, os líquidos ou sólidos são utilizados para armazenar o excesso de energia eléctrica e térmica. O calor armazenado é então utilizado para fornecer energia térmica ao gerador para produzir eletricidade.
2. Tipos de tecnologias de armazenamento de energia térmica
De acordo com os diferentes princípios de armazenamento de calor, a tecnologia de armazenamento de calor (TES) pode ser dividida em armazenamento de calor sensível, armazenamento de calor com mudança de fase e armazenamento de calor termoquímico.
- Armazenamento de calor sensível (SHS): Armazena (ou liberta) calor aumentando (diminuindo) a temperatura de materiais sólidos ou líquidos sem qualquer mudança de fase.
- Armazenamento de calor latente (LHS): O calor é armazenado num determinado meio (ou libertado do meio), e o meio sofre alterações no seu estado físico durante o processo de armazenamento e libertação de calor.
- Armazenamento térmico químico de calor (TCHS): O calor é armazenado e libertado através de reacções químicas endotérmicas ou exotérmicas entre dois componentes.
Estes três tipos de sistemas de armazenamento térmico abrangem uma vasta gama de temperaturas de funcionamento (geralmente aplicadas na gama de temperaturas de -40°C a 700°C), e uma vasta gama de armazenamento de energia (geralmente aplicadas em 10-2250MJ/m3).
3. Vantagens, desvantagens e cenários de aplicação da tecnologia de armazenamento de energia térmica
Em comparação com outras formas de tecnologia, a tecnologia de armazenamento térmico tem vantagens únicas:
- Transferência a pedido. Reduzir os picos e os níveis de procura armazenando energia quando a procura é baixa e libertando energia quando a procura é alta;
- Volatilidade integração do aprovisionamento energético. Reduzir as emissões de CO2 e diminuir os custos, assegurando que a energia é utilizada quando é mais barata e que há mais energia renovável na mistura;
- Integração de departamentos. Melhorar a eficiência energética global dos sistemas energéticos, em que a energia fora de horas de ponta é utilizada para acionar bombas de calor que podem gerar calor a partir de eletricidade mais barata e de calor residual de fontes industriais para equilibrar as cargas do sistema energético;
- Gestão da rede eléctrica. Através da implantação, a pressão sobre a rede eléctrica pode ser aliviada e a necessidade de actualizações dispendiosas da rede eléctrica pode ser reduzida;
- Armazenamento sazonal de energia. O calor é armazenado no verão para satisfazer as necessidades de aquecimento no inverno, enquanto a energia fria é armazenada no inverno para satisfazer as necessidades de aquecimento no verão.
Ao mesmo tempo, não se podem ignorar os obstáculos que se colocam à sua implantação:
- Os cenários de aplicação são relativamente limitados;
- A tecnologia e os sistemas são relativamente imaturos;
- A eficiência da fase de conversão termoeléctrica é um dos seus factores limitantes.
4. Processo de conversão de energia do armazenamento de energia térmica
A tecnologia de armazenamento térmico (TES) utiliza a eletricidade para aquecer e isolar materiais e, finalmente, converte o calor em eletricidade através de um dispositivo de conversão de energia.
As três etapas principais da conversão termoeléctrica são a conversão da energia eléctrica em energia térmica, o armazenamento da energia térmica e a conversão da energia térmica novamente em energia eléctrica.
Perdas de energia típicas associadas a cada etapa de um sistema universal de tecnologia de armazenamento térmico com uma eficiência de ida e volta de 47% (o rácio entre a energia devolvida à rede e a energia extraída da rede).
5. como funcionam os sistemas de armazenamento de energia térmica?
O fluido é armazenado em dois depósitos - um a alta temperatura e outro a baixa temperatura. O fluido do tanque de baixa temperatura flui através do coletor ou recetor solar, onde a energia solar o aquece a uma temperatura elevada, e depois flui para o tanque de alta temperatura para armazenamento.
6) Como é que a energia térmica é armazenada?
Armazenamento de energia térmica significa aquecer ou arrefecer um meio para utilizar a energia quando necessário mais tarde. Na sua forma mais simples, isto pode significar a utilização de um tanque de água para armazenamento de calor, em que a água é aquecida em alturas em que há muita energia e a energia é depois armazenada na água para ser utilizada quando a energia é menos abundante.
7. Qual é o atual estado tecnológico do armazenamento de energia térmica?
A tecnologia de armazenamento térmico inclui dois elementos. Um é a conversão de energia térmica, que inclui não só a conversão entre energia térmica e outras formas de energia, mas também a transferência de energia térmica entre diferentes suportes materiais; o segundo é o armazenamento de energia térmica.
Ou seja, o estado de existência da energia térmica no suporte material, que é teoricamente expresso como as suas características termodinâmicas. Embora existam muitas formas de armazenamento de calor, tais como o armazenamento de calor sensível, o armazenamento de calor latente e o armazenamento de calor de reação química, são essencialmente a energia do movimento térmico de um grande número de moléculas numa substância.
Portanto, num sentido geral, as propriedades termodinâmicas do armazenamento de energia térmica são as mesmas que as da termodinâmica, e ambas têm duas características de medição: qualidade, ou seja, a primeira lei e a segunda lei da termodinâmica.
8. Direção técnica dos materiais de armazenamento de energia térmica
A investigação sobre materiais de armazenamento de calor está atualmente centrada em materiais de armazenamento de calor sensível e materiais de mudança de fase, especialmente materiais de mudança de fase de alta temperatura com elevada densidade de armazenamento de calor e estruturas compactas de dispositivos de armazenamento de calor.
Entre eles, vários sais mistos podem ser utilizados no controlo da temperatura de fusão de substâncias através do ajuste da proporção de diferentes sais na área de trabalho a média e alta temperatura, o que tem atraído o interesse de muitos investigadores.
A temperatura dos materiais de armazenamento de calor sensível não pode permanecer estável durante o processo de libertação de energia, e a perda de calor durante a troca de calor é elevada. Não pode armazenar calor durante muito tempo e a sua capacidade de armazenamento de calor é baixa, o que não pode satisfazer as necessidades industriais actuais;
O armazenamento químico de calor utiliza o processo reversível
O armazenamento de energia térmica é um tipo de armazenamento de energia química, processo de reação endotérmica/exotérmica de materiais de armazenamento de calor para armazenar e libertar calor. Embora este método tenha uma melhor capacidade de armazenamento de calor e uma perda de calor relativamente pequena, enfrenta a corrosão do equipamento por materiais de armazenamento de calor e transferência de calor. Problemas como a fraca capacidade de transferência de massa e a dificuldade no desenvolvimento de materiais limitam as aplicações práticas;
A tecnologia de armazenamento de calor latente utiliza materiais de mudança de fase para absorver ou libertar calor durante o processo de mudança de fase, efectuando assim a troca de calor, o que compensa as deficiências do armazenamento de calor sensível, que não consegue preservar o calor durante muito tempo. Além disso, a densidade de armazenamento de energia é grande e não ocorre qualquer reação química. Causa danos ao ambiente ecológico.
9. Perspectivas do armazenamento de energia térmica
Do ponto de vista das tendências globais de desenvolvimento, o desenvolvimento da tecnologia de armazenamento de calor é uma necessidade para a concorrência internacional a longo prazo no domínio da tecnologia de armazenamento de calor, sendo também um requisito para atingir o objetivo de neutralidade de carbono de 3060 picos de carbono.
Em segundo lugar, a energia térmica representa mais de 50% da procura terminal de consumo de energia, o que significa que o valor e o espaço de desenvolvimento da armazenagem térmica não são inferiores aos da armazenagem de eletricidade. Por conseguinte, é necessário desenvolver a armazenagem de energia térmica a longo prazo.
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