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工程师推出用于脱碳应用的热能存储系统

里海大学的工程师设计、建造并测试了一个创新的热能存储原型系统。

热能存储系统就像电池一样,利用温度变化来存储能量以供以后使用或在另一个地方使用。这些系统以不同的方式获取能量,最常用的技术是基于潜热和显热传递。潜热法是在不改变材料温度的情况下,利用相变所需的热能——相变是物理状态的变化,比如从固体变成液体,或从液体变成气体。显热是在不引起任何相变的情况下提高材料温度所需要的热能。

潜热传递技术的好处之一是它可以储存和传递大量的热量。换句话说,潜热存储系统与大的能量密度有关。显热技术的一个主要优点是成本低;然而,它依赖于大的温度变化来传递大速率的传热。

现在,里海大学的研究团队开发了一种新的热能系统——里海热电池(Lehigh Thermal Battery),它结合了这两种技术的优点。该技术由工程胶凝材料和热虹吸管组合而成,能够以低成本实现快速高效的热性能。该技术能够以热或电作为充电能量输入运行。该团队宣布,经过三年的研发,该技术已具备可扩展性,并已准备好上市。

该项目是里海大学能源研究中心、里海大学大型结构系统先进技术(ATLSS)工程研究中心和先进冷却技术的合作项目。

该项目的联合首席研究员兼里海大学能源研究中心主任卡洛斯·罗梅罗说:“混凝土加热虹吸的概念在热能储存概念中是独特的和新的,该技术具有适应大范围温度、传热介质和操作条件的潜力。这使得它适用于工业脱碳机会,传统发电厂的灵活性,以及集中太阳能发电的进步和渗透。”

在能源研究中心建造的150千瓦时的原型是一个全仪表化的5英尺?x 15英尺高的结构,包含22个翅片热虹吸管。150 kWh原型已在480°C下使用压缩空气进行了广泛测试,固体介质的能量-能量充放电效率超过95%,充电过程中固体介质的温度分布均匀,循环重复性一致。在充电和放电期间实现的平均功率率分别为16.4和19.8 kWth,在放电的第一小时内,热电池的能量梯度非常快,为0.51 kWh/min。

该项目刚刚完成了一个为期三年的计划,包括系统组件的研究和开发,系统设计和集成,以及在相关环境下以3、10和150千瓦时的速度进行集成系统测试。该3千瓦时系统由带电设计组成,在Dominion Energy公司的Mount Storm, WV发电厂进行了测试,实现了可重复的电-热往返效率在70%左右。

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