Τα δίκτυα τηλεθέρμανσης, ένα σημαντικό μέρος της ενεργειακής μετάβασης για τα κτίρια, χρειάζονται έναν τρόπο αποθήκευσης διακοπτόμενης αιολικής και ηλιακής ενέργειας . Αλλά οι δεξαμενές νερού έχουν όρια: καταλαμβάνουν πολύ χώρο και έχουν χαμηλή πυκνότητα αποθήκευσης θερμικής ενέργειας (περιορισμένη από το σημείο βρασμού 100°C). Τα τηγμένα άλατα έχουν πολύ μεγαλύτερη πυκνότητα αποθήκευσης (το κανονικό επιτραπέζιο αλάτι έχει σημείο τήξης 801°C), αλλά ένα πολύ υψηλό σημείο τήξης δεν είναι ασφαλές εκεί όπου ζουν και εργάζονται απλοί άνθρωποι. Ο Fintan Burke στο ESCI περιγράφει την έρευνα στην Ισπανία για νέα άλατα με χαμηλά σημεία τήξης και υψηλή πυκνότητα αποθήκευσης ενέργειας , ιδανικά με εύρος θέρμανσης και ψύξης κάτω από 300°C. Το έργο WEDISTRICT έχει αναπτύξει και δοκιμάσει ένα νέο μείγμα αλάτων με βάση τα νιτρικά άλατα που λειτουργεί κάτω από 130°C. Μια δεξαμενή που περιείχε λίγο περισσότερο από 30 κυβικά μέτρα αλατιού παρείχε χωρητικότητα αποθήκευσης 2 MWh , κατάλληλη για δίκτυο τηλεθέρμανσης. Η αποθήκευση θερμικής ενέργειας για τηλεθέρμανση και ψύξη (DHC) εξακολουθεί να αντιμετωπίζει την πρόκληση του τρόπου αποθήκευσης αυτής της ενέργειας όταν βασίζεται σε μια διακοπτόμενη πηγή ενέργειας, για παράδειγμα ηλιακή ενέργεια .

Αυτή η θερμική ενέργεια συνήθως αποθηκεύεται μέσω της περιοχής υγρής φάσης του νερού. Αυτό περιορίζει την ψύξη σε μεγάλα, βαριά ψυκτικά συγκροτήματα απορρόφησης ενός σταδίου.

Λιωμένα άλατα

Τα τελευταία χρόνια ο τομέας τηλεθέρμανσης έχει πειραματιστεί με χημικά άλατα που θερμαίνονται και διατηρούνται πέρα από το σημείο τήξης τους (γνωστά ως λιωμένα άλατα). Επιφανειακά, αυτά τα λιωμένα άλατα έχουν πολλά οφέλη για την τηλεθέρμανση. Συνήθως έχουν τεράστια θερμική πυκνότητα αποθήκευσης . Ακόμη και το κανονικό επιτραπέζιο αλάτι έχει σημείο τήξης 801°C και άλλα κατασκευασμένα άλατα μπορεί να έχουν υψηλότερα ή χαμηλότερα σημεία τήξης.

Η θερμική πυκνότητα αποθήκευσης σημαίνει επίσης ότι ο όγκος των δεξαμενών αποθήκευσης θερμότητας μπορεί να μειωθεί έως και 20 φορές σε σύγκριση με άλλες τεχνολογίες αποθήκευσης, μειώνοντας το κόστος εγκατάστασης. Οι δεξαμενές λιωμένου αλατιού μπορούν επίσης να λειτουργήσουν ως λέβητες , αποφεύγοντας τη χρήση λεβήτων ορυκτών καυσίμων για την κάλυψη των αιχμών ζήτησης. Αυτό μειώνει το λειτουργικό κόστος και το κόστος κεφαλαίου καθώς δεν χρειάζονται πλέον ούτε καύσιμα ούτε επιπλέον εξοπλισμός.

Αυτά τα οφέλη έχουν τραβήξει τη φαντασία των ερευνητών. «Θέλουμε να προχωρήσουμε προς μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα στην αποθήκευση θερμικής ενέργειας και μεγαλύτερη ασφάλεια», δήλωσε η Francisca Galindo Paniagua, η τεχνική διευθύντρια στην ισπανική χημική εταιρεία Fertiberia, η οποία αναπτύσσει συνθέσεις λιωμένων αλάτων . «Τα νέα άλατα με χαμηλά σημεία τήξης και υψηλή πυκνότητα αποθήκευσης ενέργειας θα είναι η λύση για την απομάκρυνση του άνθρακα σε τομείς όπως η τηλεθέρμανση ».

Χαμηλό σημείο τήξης, υψηλή πυκνότητα αποθήκευσης ενέργειας

Παρόλο που υπάρχουν ήδη άλατα του εμπορίου που χρησιμοποιούνται για θερμική αποθήκευση σε ηλιακές θερμικές εγκαταστάσεις, τα νιτρικά άλατα που διατίθενται στο εμπόριο έχουν ασφαλές υγρό εύρος που είναι ακατάλληλο για περιφερειακές εφαρμογές . Αυτά τα νιτρικά άλατα λειτουργούν καλύτερα σε θερμοκρασίες πάνω από 250 °C για να αποφευχθεί ο κίνδυνος στερεοποίησης. Ανάλογα με το πότε κατασκευάστηκαν, αυτή η θερμοκρασία είναι πολύ υψηλή για να είναι χρήσιμη για ορισμένα δίκτυα τηλεθέρμανσης, τα οποία χρειάζονται εύρος θέρμανσης και ψύξης 130–300 °C .

«Η συντήρηση των συστημάτων σε υψηλή θερμοκρασία είναι πιο περίπλοκη από εκείνα σε χαμηλή θερμοκρασία, για παράδειγμα, η διατήρηση του αλατιού λιωμένο όταν δεν υπάρχει είσοδος θερμότητας», δήλωσε ο Galindo Paniagua. «Γι’ αυτό το νερό είναι πιο κατάλληλο για τηλεθέρμανση σε σύγκριση με τα τυπικά άλατα. Αλλά νέα σκευάσματα σε χαμηλό σημείο τήξης μπορούν να επιλύσουν το πρόβλημα θερμοκρασίας και τα προβλήματα ασφάλειας που σχετίζονται με τα θερμικά λάδια».

Κάτω από 130°C

Η Galindo Paniagua και οι συνάδελφοί της στο έργο WEDISTRICT ανέπτυξαν ένα νέο μείγμα αλατιού με βάση τα νιτρικά άλατα που λειτουργεί κάτω από τους 130 °C . Αυτό καθιστά εφικτή την ασφαλή θερμική αποθήκευση πολύ πάνω από 100 °C για τηλεθέρμανση.

Το πρόσφατα αναπτυγμένο προϊόν της εταιρείας της που ονομάζεται FERT-1 είναι ένα τεταρτοταγές αλάτι που παρασκευάζεται από συνδυασμό αλκαλίων και νιτρικών αλκαλικών γαιών . Τα άλατα έχουν επίσης το πλεονέκτημα ότι μπορούν να υποστούν πολλούς κύκλους θέρμανσης/ψύξης χωρίς καμία αξιοσημείωτη αλλαγή στη χημική τους δομή .

Για να αποθηκεύσουν το λιωμένο αλάτι, οι ερευνητές επέλεξαν μια δεξαμενή θερμοκλινών. μια ενιαία δεξαμενή κατασκευασμένη από μια «καυτή» επάνω ζώνη λιωμένου αλατιού, μια κάτω ζώνη ψυχρότερου λιωμένου αλατιού και μια ενδιάμεση ανάμειξη αργότερα στη μέση.

Δοκιμή του νέου συστήματος

Για να το ελέγξει αυτό, το έργο εξέτασε τα άλατα στο «Plataforma solar de Almería», ένα ερευνητικό κέντρο ηλιακής ενέργειας στην Ανδαλουσία της Ισπανίας . Εκεί, έχουν πειραματιστεί με την αποθήκευση της θερμικής ενέργειας του ερευνητικού κέντρου ηλιακής ενέργειας της πόλης.

Η δεξαμενή λιωμένου αλατιού, που λειτουργεί μεταξύ 150 και 235 °C, συνδέθηκε με συγκεντρωμένους ηλιακούς συλλέκτες για να καλύψει τη ζήτηση για τηλεθέρμανση και ψύξη. Ένας λέβητας βιομάζας λειτούργησε ως εφεδρικό για την εγκατάσταση.

«Ήταν πολύ σημαντικό να αξιολογηθεί η συμπεριφορά θερμικού κύκλου του αλατιού, οι τεχνικές τήξης, η θερμική συμπεριφορά στη δεξαμενή θερμοκλινών και τυχόν προβλήματα που σχετίζονται με στερεοποιήσεις », δήλωσε ο Galindo Paniagua. Επίσης δοκίμασαν πώς να διατηρείται καλύτερα το αλάτι λιωμένο όταν δεν υπάρχει είσοδος θερμότητας .

Οι δοκιμές τους αποδείχθηκαν καρποφόρες. Οι θερμοφυσικές δοκιμές και οι δοκιμές διάβρωσης έδειξαν ότι ο ανθρακούχο χάλυβας της δεξαμενής είναι συμβατός με το λιωμένο άλας FERT-1 και λειτουργεί καλά στη θερμοκρασία στόχο τους 235 °C. Μια δεξαμενή που περιέχει λίγο περισσότερα από 30 κυβικά μέτρα αλατιού έχει χωρητικότητα 2 μεγαβατώρες, που ισοδυναμεί με 4,82 ώρες ηλιακής ενέργειας που παράγεται στην τοποθεσία .

Ο Galindo Paniagua λέει ότι οι δοκιμές στην τοποθεσία δείχνουν ότι η σύνθεση λιωμένου αλατιού τους έχει « επιδείξει τέλεια συμπεριφορά για εφαρμογές τηλεθέρμανσης » και τώρα εργάζονται για τη βελτίωση της τεχνολογίας σε άλλη τοποθεσία στην Ισπανία.

***

Ο Fintan Burke είναι συγγραφέας και συντάκτης στο European Science Communication Institute (ESCI)