Жылу энергиясын сақтау технологиялары

Жылу энергиясын сақтау технологиялары: артық жылуды сақтау, күннен жиналғанды қысқа сақтау, энергия тұтынуды теңдеу. Әртүрлі әдістер қарастырылады.

22 мин оқу

100%

Дереккөз: Thermal energy storage — Wikipedia

Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.

Мазмұны

Кіріспе

Жылу энергиясын сақтау технологиялары

Жылу энергиясын сақтау (ЖЭС) – бұл жылу энергиясын кейіннен қайта пайдалану үшін жинақтау. Әртүрлі технологияларды пайдалана отырып, ол артық жылу энергиясын сағаттар, күндер немесе айлар бойы сақтауға мүмкіндік береді. Сақтау және қолдану көлемі кішіден үлкенге дейін – жеке процестерден бастап аудан, қала немесе аймақ деңгейіне дейін өзгереді. Мысалдарға энергия сұранысын күндізгі және түнгі уақытта теңестіру, қысқы жылыту үшін жазғы жылуды, ал жазғы салқындату үшін қысқы суықты сақтау (маусымдық жылу энергиясын сақтау) жатады. Сақтау орталарына су немесе мұз қоймалары, жылу алмастырғыштар арқылы бұрғылау арқылы қол жеткізілетін жер бетінің немесе тау жыныстарының массалары, өткізбейтін қабаттар арасында орналасқан терең артезиандық су қоймалары, шағыл және сумен толтырылған, үстінен жылу оқшауланған ашық ойыстар, сондай-ақ эвтектикалық ерітінділер мен фазалық өзгерістерге ұшырайтын материалдар кіреді. Жылу энергиясын сақтаудың басқа да көздеріне жылу сорғылары арқылы өндірілетін жылу немесе суық, төмен бағалы электр қуатының есебінен шығарылатын жылу (жоғары жүктеме кезеңіндегі тұтынуды азайту), біріктірілген жылу-электр станциялары (ЖЭС) арқылы өндірілетін жылу, желіге қажеттіліктен артық жаңартылатын электр энергиясымен өндірілетін жылу және өнеркәсіптік процестерден шығатын қалдық жылу жатады. Маусымдық және қысқа мерзімді жылуды сақтау, жаңартылатын электр энергиясын өндірудің жоғары үлесін тиімді теңгеру және электр энергиясы мен жылу секторларын энергия жүйелеріне интеграциялау үшін маңызды құрал болып саналады. Бұл жүйелер жаңартылатын энергия көздеріне толығымен немесе дерлік толығымен тәуелді.

Санаты

Жылу энергиясын сақтаудың әртүрлі түрлерін үш жеке санатқа бөлуге болады: сезімдік жылу, жасырын жылу және термохимиялық жылу сақтау. Олардың әрқайсысының өзіне тән артықшылықтары мен кемшіліктері бар, олар олардың қолданылу аясын анықтайды.

Жылуды сақтаудың тиімді әдісі

Сезімдік жылуды сақтау (SHS) ең қарапайым әдіс болып табылады. Бұл жай ғана қандай да бір ортаның температурасының жоғарылатуы немесе төмендетуі дегенді білдіреді. Бұл сақтау түрі үш түрдің ішінде ең көп таралғаны; қалған әдістер кем дамыған. Материалдар көбінесе арзан және қауіпсіз. Ең арзан және ең көп қолданылатын нұсқалардың бірі – су резервуары, бірақ балқыған тұздар немесе металдар сияқты материалдарды жоғары температураға дейін қыздыруға болады, демек олар жоғары сақтау сыйымдылығын ұсынады. Энергияны жер астында (UTES) – жер асты резервуарда немесе құбырлар жүйесі арқылы ағатын жылу тасымалдау сұйықтығы (HTF) түрінде сақтауға болады, олар U пішінде тік (құдықтар) немесе траншеяларда көлденең орналастырылған. Тағы бір жүйе – жинақы төселген (немесе кесек тасты) сақтау құрылғысы деп аталады, онда әдетте ауа болатын сұйықтық, жылуды қосу немесе алу үшін бос салынған материалдың (әдетте тас, кесек тас немесе керамикалық кірпіш) төсегі арқылы ағады. SHS-тің кемшілігі – сақтау ортасының қасиеттеріне тәуелділігі. Сақтау сыйымдылығы сақтау материалының нақты жылу сыйымдылығымен шектеледі, ал жүйе тұрақты температурада энергияны алуды қамтамасыз ету үшін дұрыс жобалануы керек.

Ерітілген тұз технологиясы

Еріген тұздың сезімді жылуы күн энергиясын жоғары температурада сақтау үшін де қолданылады, бұл технология ериген тұз технологиясы немесе ериген тұз энергиясын сақтау (MSES) деп аталады. Еріген тұздарды жылу энергиясын сақтау әдісі ретінде пайдалануға болады. Қазіргі уақытта бұл коммерциялық қолданыстағы технология, ол концентрацияланған күн энергиясымен (мысалы, күн мұнарасынан немесе күн ойығынан) жиналған жылуды сақтауға мүмкіндік береді. Бұл жылу кейіннен қыздырылған буға айналып, дәстүрлі бу турбиналарын қуаттандырып, кейінірек электр энергиясын өндіруге болады. Бұл 1995-1999 жылдар аралығында Solar Two жобасында көрсетілді. 2006 жылғы есептеулер жылуды электр энергиясына айналдырудың орнына, сақтау арқылы сақталған энергияға қатысты жылдық тиімділіктің 99% құрайтынын болжады. Әртүрлі тұздардың эвтектикалық қоспалары қолданылады (мысалы, натрий нитраты, калий нитраты және кальций нитраты). Химия және металлургия салаларында күн энергиясынан басқа қолданыстарда мұндай жүйелерді пайдалану тәжірибесі бар, онда тұз жылу тасымалдау сұйықтығы ретінде қолданылады. Тұз еріген кезде сұйық күйде сақталады. Сұйық тұз күн коллекторының панельдері арқылы сорғыланады, онда шоғырланған күн сәулесі оны қыздырады. Жақсы оқшауланған резервуарда жылу энергиясын бір аптаға дейін сақтауға болады. Электр энергиясы қажет болған кезде ыстық ериген тұз дәстүрлі бу генераторына жіберіліп, көмір, мұнай немесе атом электр станцияларында қолданылатын дәстүрлі турбина/генератор жиынтығын іске қосу үшін қыздырылған бу өндіріледі. Осы конструкция бойынша 100 мегаватттық турбинаны төрт сағат бойы жұмыс істеу үшін шамамен биіктігі және диаметрі резервуар қажет болады. Қазіргі уақытта салқын және ыстық ериген тұзды бөліп тұратын бөлігіш тақтасы бар бір резервуар әзірленуде. Бұл екі резервуарлы жүйеге қарағанда көлеміне шаққанда 100% көп жылу сақтауға мүмкіндік береді, себебі ериген тұзды сақтау резервуарының құрылысының күрделілігіне байланысты құны жоғары. Фазалық өзгеріс материалдары (ФӨМ) да ериген тұз энергиясын сақтауда қолданылады, сонымен қатар жоғары кеуекті матрицаларды қолдана отырып, пішін тұрақтандырылған ФӨМ алу бойынша зерттеулер жүргізілуде. Көптеген күн энергиясымен жұмыс істейтін электр станциялары осы жылу энергиясын сақтау концепциясын қолданады. АҚШ-тағы Solana Generating Station ериген тұзда 6 сағаттық электр энергиясын сақтай алады. 2013 жылдың жазында Испаниядағы Gemasolar Thermosolar күн электр станциясы/эриген тұз зауыты 36 күн бойы тәулігіне 24 сағат үздіксіз электр энергиясын өндіру арқылы бірінші рет мұндай жетістікке қол жеткізді. 2021 жылдың маусым айында ашылған Cerro Dominador күн жылу станциясының жылу сақтау уақыты 17,5 сағатқа жетеді.

The sensible heat of molten salt is also used for storing solar energy at a high temperature, termed molten salt technology or molten salt energy storage (MSES). Molten salts can be employed as a thermal energy storage method to retain thermal energy. Presently, this is a commercially used technology to store the heat collected by concentrated solar power (e. g., from a solar tower or solar trough). The heat can later be converted into superheated steam to power conventional steam turbines and generate electricity at a later time. It was demonstrated in the Solar Two project from 1995 to 1999. Estimates in 2006 predicted an annual efficiency of 99%, a reference to the energy retained by storing heat before turning it into electricity, versus converting heat directly into electricity. Various eutectic mixtures of different salts are used (e. g., sodium nitrate, potassium nitrate and calcium nitrate). Experience with such systems exists in non solar applications in the chemical and metals industries as a heat transport fluid. The salt melts at It is kept liquid at in an insulated "cold" storage tank. The liquid salt is pumped through panels in a solar collector where the focused sun heats it to It is then sent to a hot storage tank. With proper insulation of the tank the thermal energy can be usefully stored for up to a week. When electricity is needed, the hot molten salt is pumped to a conventional steam generator to produce superheated steam for driving a conventional turbine/generator set as used in any coal, oil, or nuclear power plant. A 100 megawatt turbine would need a tank of about tall and in diameter to drive it for four hours by this design. A single tank with a divider plate to separate cold and hot molten salt is under development. It is more economical by achieving 100% more heat storage per unit volume over the dual tanks system as the molten salt storage tank is costly due to its complicated construction. Phase Change Material (PCMs) are also used in molten salt energy storage, while research on obtaining shape stabilized PCMs using high porosity matrices is ongoing. Most solar thermal power plants use this thermal energy storage concept. The Solana Generating Station in the U. S. can store 6 hours worth of generating capacity in molten salt. During the summer of 2013 the Gemasolar Thermosolar solar power tower/molten salt plant in Spain achieved a first by continuously producing electricity 24 hours per day for 36 days. The Cerro Dominador Solar Thermal Plant, inaugurated in June 2021, has 17.5 hours of heat storage.

Ыстық сақтау резервуарлары, тоғандар немесе тау үңгірлері

Бу аккумуляторы – қысымдағы ыстық су мен буды сақтайтын, оқшауланған болаттан жасалған резервуар. Жылуды сақтау құрылғысы ретінде, ол өзгермелі немесе тұрақты көзден жылу өндіруді, жылуға деген өзгермелі сұраныспен үйлестіру үшін қолданылады. Бу аккумуляторлары күн энергиясын сақтау жобаларында маңызды рөл атқара алады. Солтүстік елдердегі ірі сақтаулар, көбінесе ыстық су резервуарлары, жылуды бірнеше күнге сақтау, жылу және электр энергиясын өндіруді бөлу және ең жоғары сұранысты қанағаттандыру үшін кеңінен қолданылады. Кейбір қалалар аудандық жылу беру жүйелері үшін жылу сорғыларына жылу көзі ретінде күн энергиясымен қыздырылатын оқшауланған тоғандарды пайдаланады. Үңгірлердегі маусымаралық сақтау зерттелген, экономикалық тиімді болып көрінеді және Финляндияда жылыту жүйесінде маңызды рөл атқарады. Энергия өндіруші Helen Oy компаниясы 2021 жылдан бері жұмыс істеп келе жатқан Mustikkamaa жеріндегі 260000 текше метрлік су резервуары үшін 11,6 ГВт/сағ сыйымдылық және 120 МВт жылу қуатын есептеді (толық зарядталған немесе 4 күн ішінде толық босатылған күйде), бұл өндіріс/сұраныстың ең жоғары деңгейдегі күндерін өтеуге бағытталған; ал 2018 жылы Kruunuvuorenranta (Лаахасалоның жанында) теңіз деңгейінен 50 метр төмен орналасқан 300000 текше метрлік тау үңгірлері жазда жылы теңіз суынан жылуды сақтау және оны қыс айларында аудандық жылу жүйесіне беру үшін белгіленді. 2024 жылы Ванта қаласының коммуналдық энергия жеткізушісі 90 ГВт/сағ сыйымдылығы бар және құрылысы 2028 жылы аяқталуы күтілетін жер асты жылу сақтау нысанасын пайдалануға бергені хабарланды.

Ыстық кремний технологиясы

Қатты немесе балқытылған кремний тұздарға қарағанда әлдеқайда жоғары сақтау температурасын ұсынады, нәтижесінде сыйымдылығы мен тиімділігі артады. Ол энергияны тиімді сақтау мүмкіндігі бар технология ретінде зерттелуде. Кремний 1400 °C температурада бір куб метріне 1 МВт сағтан астам энергия сақтай алады. Тағы бір артықшылығы – осы мақсатта қолданылатын тұздармен салыстырғанда кремнийдің мол болуы.

Балқытылған алюминий

Жылу энергиясын сақтауға болатын тағы бір орта – балқытылған (қайта өңделген) алюминий. Бұл технологияны швед компаниясы Azelio әзірлеген. Материал 600°C температураға дейін қыздырылады. Қажет болған жағдайда, энергия жылу тасымалдағыш арқылы Стирлинг қозғалтқышына беріледі.

Ыстық тастарда немесе бетонда жылуды сақтау

Судың жылу сыйымдылығы 4,2 кДж/(кг⋅К) құрайды, ал бетонның бұл көрсеткіші үштен бірі шамасында. Бірақ бетонды электрмен қыздыру сияқты әдістер арқылы әлдеқайда жоғары температураға (1200 °C) дейін қыздыруға болады, сондықтан оның жалпы көлемдік сыйымдылығы жоғары. Мысалы, төмендегідей 2,8 шамасындағы жылу оқшауланған текше бір үйдің жылу қажеттілігінің 50% -ын қамтамасыз етуге жеткілікті сақтау көлемін ұсынуы мүмкін. Бұл, принципінде, электрмен қыздырудың жоғары температураға жету мүмкіндігіне байланысты, артық жел немесе күн энергиясын сақтау үшін қолданылуы мүмкін. Аудандық деңгейде, Германияның оңтүстігіндегі Фридрихсхафен қаласындағы Виггенхаузен Зюд күн энергетикалық жобасы халықаралық деңгейде танымал. Бұл жобада 12000 (420000) темір бетоннан жасалған жылу жинақышы 4300 (46000) күн коллекторларымен байланыстырылған, ол 570 үйді жылыту және ыстық сумен 50% қамтамасыз етеді. Siemens Gamesa Гамбург қаласының жанында 750 °C температурадағы базальттан және 1,5 МВт электр қуатымен 130 МВт/сағ сыйымдылықта жылу сақтау жүйесін салды. Дәл осындай жүйе Данияның Соро қаласында да жоспарлануда, онда жиналған 18 МВт/сағ жылудың 41-58% қаланың жылу жүйесіне, ал 30-41% электр энергиясы ретінде қайтарылады. “Кірпіш тостері” – Titan Cement/Rondo компаниясы жасаған, 1500 °C (2732 °F) температурада жұмыс істейтін, жақында (2022 жылдың тамызында) жарияланған инновациялық жылу резервуары. Компанияның мәлімдемесіне сәйкес, бұл жүйе 15 жыл ішінде әлемдік CO2 шығарындысын 15% - ға азайтуға мүмкіндік береді.

Латентті жылуды сақтау

Латентті жылу сақтау (LHS) фазалық ауысумен байланысты болғандықтан, байланысты ортаның жалпы атауы фазалық ауысу материалы (PCM) болып табылады. Бұл ауысулар кезінде жылу материалдың температурасына әсер етпей қосылуы немесе алынуы мүмкін, бұл оған SHS технологиясына қарағанда артықшылық береді. Сақтау сыйымдылығы да көбінесе жоғары болады. ПХМ-ның көптеген түрлері бар, олардың ішінде тұздар, полимерлер, гельдер, парафин балауыздары және әрқайсысының қасиеттері әртүрлі металл қорытпалары бар. Бұл мақсатқа бағытталған жүйелік жобалауға мүмкіндік береді. Процесс ПХМ-нің балқу нүктесінде изотермиялық болғандықтан, материалды қажетті температуралық диапазонына ие болуға таңдауға болады. Ыңғайлы қасиеттерге жоғары латентті жылу және жылу өткізгіштігі жатады. Сонымен қатар, фазалық ауысу кезінде көлем өзгерістері аз болса, сақтау құрылғысы ықшамдатылуы мүмкін. ПХМ-дар органикалық, органикалық емес және эвтектикалық материалдарға бөлінеді. Органикалық ПХМ-дармен салыстырғанда, органикалық емес материалдар аз тұтанады, арзан және кеңінен қол жетімді. Сонымен қатар, олардың сақтау сыйымдылығы мен жылу өткізгіштігі жоғары. Органикалық ПХМ-дар, керісінше, азырақ коррозияға ұшырайды және фазалық бөлінуге бейім емес. Эвтектикалық материалдар, қоспалар болғандықтан, белгілі бір қасиеттерді алу үшін оңай реттеледі, бірақ жасырын және нақты жылу сыйымдылығы төмен. LHS-тің тағы бір маңызды факторы – PCM-нің қапталуы. Кейбір материалдар басқаларына қарағанда эрозияға және ағып кетуге бейім. Жүйені жылудың қажетсіз жоғалуын болдырмау үшін мұқият жобалау керек. Ол жылу энергиясын сақтау үшін металл материалдың фазалық өзгеруіне (қараңыз: жасырын жылу) сүйенеді. Сұйық металл балқытылған тұз жүйесіндегідей резервуарлар арасында сорғылаудың орнына, металл басқа металл материалға қапталады, ол онымен қоспа жасамайды (араласпайды). Екі таңдалған материалға (фазалық ауысатын материал мен қаптау материалы) байланысты сақтау тығыздығы 0,2 мен 2 МДж/л аралығында болуы мүмкін. Жұмыс сұйықтығы, әдетте су немесе бу, жылуды жүйеге және одан шығаруға қолданылады. Араласпау саңылауы бар қорытпалардың жылу өткізгіштігі көбінесе бәсекелес технологияларға қарағанда жоғары (400 Вт/(м⋅К) дейін), бұл жылу сақтаудың жылдам "зарядталуы" және "босатылуы" мүмкін екенін білдіреді. Бұл технология әлі кең ауқымда қолданылмаған.

Because latent heat storage (LHS) is associated with a phase transition, the general term for the associated media is Phase Change Material (PCM). During these transitions, heat can be added or extracted without affecting the material's temperature, giving it an advantage over SHS technologies. Storage capacities are often higher as well. There are a multitude of PCMs available, including but not limited to salts, polymers, gels, paraffin waxes and metal alloys, each with different properties. This allows for a more target oriented system design. As the process is isothermal at the PCM's melting point, the material can be picked to have the desired temperature range. Desirable qualities include high latent heat and thermal conductivity. Furthermore, the storage unit can be more compact if volume changes during the phase transition are small. PCMs are further subdivided into organic, inorganic and eutectic materials. Compared to organic PCMs, inorganic materials are less flammable, cheaper and more widely available. They also have higher storage capacity and thermal conductivity. Organic PCMs, on the other hand, are less corrosive and not as prone to phase separation. Eutectic materials, as they are mixtures, are more easily adjusted to obtain specific properties, but have low latent and specific heat capacities. Another important factor in LHS is the encapsulation of the PCM. Some materials are more prone to erosion and leakage than others. The system must be carefully designed in order to avoid unnecessary loss of heat. rely on the phase change of a metallic material (see: latent heat) to store thermal energy. Rather than pumping the liquid metal between tanks as in a molten salt system, the metal is encapsulated in another metallic material that it cannot alloy with (immiscible). Depending on the two materials selected (the phase changing material and the encapsulating material) storage densities can be between 0.2 and 2 MJ/L. A working fluid, typically water or steam, is used to transfer the heat into and out of the system. Thermal conductivity of miscibility gap alloys is often higher (up to 400 W/(m⋅K)) than competing technologies which means quicker "charge" and "discharge" of the thermal storage is possible. The technology has not yet been implemented on a large scale.

Мұз негізіндегі технология

Көптеген қолданыстар дамытылуда, онда мұз төмен сұраныс кезеңдерінде өндіріліп, кейін салқындату үшін қолданылады. Мысалы, ауаны кондициялау үшін түнде арзан электр энергиясын пайдаланып суды мұзға айналдыру, содан кейін кондициялауға қажетті электр энергиясын азайту үшін түстен кейін мұздың салқындату мүмкіндігін пайдалану арқылы экономикалық тұрғыдан тиімдірек болуы мүмкін. Мұзды пайдалану арқылы жылу энергиясын сақтау судың үлкен балқу жылуын пайдаланады. Тарихи тұрғыдан алғанда, мұз таулардан қалаларға салқындатқыш ретінде тасымалданған. Бір тонна су (= бір куб метр) 334 миллион джоуль (МДж) немесе 317 000 БТУ (93 кВт/сағ) сақтай алады. Салыстырмалы түрде шағын сақтау орны үлкен ғимаратты бір күн немесе бір апта салқындатуға жеткілікті мұзды сыйдыра алады. Мұзды тікелей салқындату қолданыстарынан басқа, ол жылу сорғысына негіделген жылыту жүйелерінде де қолданылады. Бұл қолданыстарда фазалық өзгеріс энергиясы су көзді жылу сорғыларының жұмыс істей алатын ең төменгі температура диапазонына жақын, жылу сыйымдылығының маңызды деңгейін қамтамасыз етеді. Бұл жүйеге ең жоғары жылу жүктемесін көтеруге және энергия көздерінің элементтері жылуды жүйеге қайта беруге болатын уақытты ұзартуға мүмкіндік береді.

Криогендік энергияны сақтау

Криогендік энергия сақтау, энергияны сақтау үшін ауа немесе азотты сұйыту принципін қолданады. 2010 жылы Ұлыбританияның Слоу қаласындағы электр стансасында сынаққа іске қосылған пилоттық криогендік энергия жүйесі, энергияны сақтау үшін сұйық ауаны пайдаланды және ауаның жылулық кеңеюін қамтамасыз ету үшін төмен сапалы қалдық жылуды қолданды.

Термохимиялық жылу сақтау

Термохимиялық жылу сақтау (ТХЖС) термохимиялық материалдарды (ТХМ) пайдаланатын қайтымды экзотермиялық/эндотермиялық химиялық реакцияны қамтиды. Реагенттерге байланысты, бұл әдіс LHS-тен де жоғары сақтау сыйымдылығын қамтамасыз ете алады. ТХЖС-ның бір түрінде, кейбір молекулаларды ыдырату үшін жылу қолданылады. Реакция өнімдері бөлініп, қажет болған кезде қайта араластырылады, нәтижесінде энергия шығарылады. Мысалдарға калий оксидінің ыдырауы (300–800 °C диапазонында, 2,1 МДж/кг жылулық ыдыраумен), қорғасын оксиді (300–350 °C, 0,26 МДж/кг) және кальций гидроксиді (450 °C-тан жоғары, мырыш немесе алюминий қосу арқылы реакция жылдамдығын арттыруға болады) жатады. Нитрозил хлоридінің фотохимиялық ыдырауын да қолдануға болады, ол фотондарды қажет ететіндіктен, күн энергиясымен жұптасқанда тиімдірек жұмыс істейді. Балқытылған тұздар және басқа да жоғары температуралы жылу сақтау жүйелерімен (ЖСЖ) салыстырғанда артықшылықтары: 1) қажетті температура күннің жалпақ пластиналы термиялық коллекторының әдеттегі тұрақтанған температурасына тең және 2) цеолит құрғақ сақталса, энергия шексіз сақталады. Төмен температура және энергия адсорбцияның жасырын жылуы түрінде сақталуы салдарынан, балқытылған тұзды сақтау жүйесіне қажетті жылу оқшаулау талаптарын жою арқылы шығындар айтарлықтай төмендейді.

Тұз гидраты технологиясы

Химиялық реакция энергиясына негізделген тәжірибелік сақтау жүйесінің бір мысалы – тұз гидраты технологиясы. Жүйе тұздарды гидратациялау немесе дегидратациялау кезінде туындайтын реакциялық энергияны пайдаланады. Ол 50% натрий гидроксиді (NaOH) ерітіндісі бар ыдысқа жылу сақтау арқылы жұмыс істейді. Жылу (мысалы, күн коллекторын пайдалану арқылы) эндотермиялық реакция арқылы суды буландыру арқылы сақталады. Су қайта қосылғанда, 50 °C (120 °F) температурада экзотермиялық реакция кезінде жылу бөлінеді. Қазіргі жүйелер 60% тиімділікпен жұмыс істейді. Бұл жүйе маусымдық жылу энергиясын сақтау үшін ерекше пайдалы, себебі кептірілген тұзды ұзақ уақыт бойы энергия жоғалтпай бөлме температурасында сақтауға болады. Дегидратацияланған тұз салынған ыдыстарды басқа жерге тасымалдауға да болады. Жүйенің энергия тығыздығы суда сақталған жылудан жоғары, ал жүйенің сыйымдылығы бірнеше айдан бірнеше жылға дейін энергияны сақтауға мүмкіндік береді. 2013 жылы голланд технологиясын дамытушы TNO компаниясы тұз контейнерінде жылу сақтау бойынша MERITS жобасының нәтижелерін ұсынды. Жас шатырдағы күн коллекторынан алынған жылу тұздағы суды шығарып жібереді. Су қайта қосылғанда, энергия жоғалмай жылу бөлінеді. Бірнеше куб метр тұз салынған ыдыс қыс бойы үйді жылытуға жеткілікті термохимиялық энергияны сақтауға қабілетті. Нидерланд сияқты қоңыржай климатта орташа энергияны аз тұтынатын үй шаруашылығына қыста шамамен 6,7 ГДж қажет. Бұл энергияны суда сақтау үшін (70 °C температура айырмашылығымен) 23 м³ оқшауланған су сақтағышы қажет болады, бұл көптеген үй шаруашылықтарының сақтау мүмкіндігінен асып түседі. 1 ГДж/м³ сақтау тығыздығы бар тұз гидраты технологиясын қолдану 4–8 м³ жеткілікті болуы мүмкін. 2016 жылдан бері бірнеше елдегі зерттеушілер тұздың немесе тұз қоспасының ең тиімді түрін анықтау үшін тәжірибелер жүргізіп жатыр. Контейнердегі төмен қысым энергияны тасымалдау үшін жақсы жағдай жасайды. Әсіресе иондық сұйықтықтар деп аталатын органикалық тұздар үміт береді. Литий галоидтеріне негізделген сорбенттермен салыстырғанда олар шектеулі жаһандық ресурстар тұрғысынан кем проблемалық, ал көптеген басқа галоидтар мен натрий гидроксидінен (NaOH) гөйішіктік қасиеттері төмен және CO2 ластануынан теріс әсер көрмейді.

One example of an experimental storage system based on chemical reaction energy is the salt hydrate technology. The system uses the reaction energy created when salts are hydrated or dehydrated. It works by storing heat in a container containing 50% sodium hydroxide (NaOH) solution. Heat (e. g. from using a solar collector) is stored by evaporating the water in an endothermic reaction. When water is added again, heat is released in an exothermic reaction at 50 °C (120 °F). Current systems operate at 60% efficiency. The system is especially advantageous for seasonal thermal energy storage, because the dried salt can be stored at room temperature for prolonged times, without energy loss. The containers with the dehydrated salt can even be transported to a different location. The system has a higher energy density than heat stored in water and the capacity of the system can be designed to store energy from a few months to years. In 2013 the Dutch technology developer TNO presented the results of the MERITS project to store heat in a salt container. The heat, which can be derived from a solar collector on a rooftop, expels the water contained in the salt. When the water is added again, the heat is released, with almost no energy losses. A container with a few cubic meters of salt could store enough of this thermochemical energy to heat a house throughout the winter. In a temperate climate like that of the Netherlands, an average low energy household requires about 6.7 GJ/winter. To store this energy in water (at a temperature difference of 70 °C), 23 m3 insulated water storage would be needed, exceeding the storage abilities of most households. Using salt hydrate technology with a storage density of about 1 GJ/m3, 4–8 m3 could be sufficient. As of 2016, researchers in several countries are conducting experiments to determine the best type of salt, or salt mixture. Low pressure within the container seems favorable for the energy transport. Especially promising are organic salts, so called ionic liquids. Compared to lithium halide based sorbents they are less problematic in terms of limited global resources and compared to most other halides and sodium hydroxide (NaOH) they are less corrosive and not negatively affected by CO2 contaminations.

Молекулалық байланыстар

Молекулалық байланыстарда энергияны сақтау зерттелуде. Литий-ионды аккумуляторлармен тең энергия тығыздығына қол жеткізілді. Бұл DSPEC (дис-сенсибилизацияланған фотоэлектросинтез жасушасы) арқылы іске асырылды. Бұл жасуша күн панельдері күндіз жинаған энергияны түнгі уақытта (немесе одан кейін) пайдалану үшін сақтайды. Оның дизайны белгілі бір дәрежеде табиғи фотосинтезден шабыттандырылған. DSPEC күн энергиясын пайдаланып су молекулаларын құрамына кіретін элементтерге бөліп, сутек отынын өндіреді. Осы бөліну нәтижесінде сутек бөлініп, оттегі ауаға шығарылады. Бұл көрінетіндей оңай емес. Су молекулаларының төрт электронын бөліп, басқа жерге тасымалдау қажет. Тағы бір қиындық – екі жеке сутек молекуласын біріктіру процесі. DSPEC екі компоненттен тұрады: молекула және нанобөлшектер. Молекула – хромофорлы катализатор жиынтығы, ол күн сәулесін сіңіріп, катализаторын іске қосады. Бұл катализатор электрондар мен су молекулаларын бөліп алады. Нанобөлшектер жұқа қабатқа жиналады, ал әрбір нанобөлшекте көптеген хромофорлы катализаторлар болады. Нанобөлшектердің бұл жұқа қабатының функциясы – судан бөлінген электрондарды алып тастау. Нанобөлшектердің жұқа қабаты титан диоксидімен қапталған. Бұл қаптама электрондардың тез алмасуын қамтамасыз етеді, соның арқасында сутек өндіріледі. Бұл қабат та хромофорлы катализатор мен нанобөлшек арасындағы байланысты күшейтетін қорғаныш қабатымен қапталған. Осы әдіс арқылы күн панельдерінен алынған күн энергиясы отынға (сутекке) айналады, ал «жылыжай газдары» деп аталатын зиянды газдар шығарылмайды. Бұл отынды отын жасушасына жинап, кейін электр энергиясын өндіру үшін пайдалануға болады.

Молекулалық күн жылу жүйесі (MOST)

Электр энергиясы және жылу өндіру үшін күн энергиясын сақтаудың тағы бір перспективті жолы – молекулалық күн жылу жүйесі (MOST). Бұл тәсілмен молекула фотоизомеризация арқылы жоғары энергиялы изомерге айналады. Фотоизомеризация – жарық (күн энергиясы) көмегімен бір (цис-транс) изомерінің екіншісіне өзгеруі. Бұл изомер энергияны жылу триггері немесе катализатор арқылы босатылғанға дейін күн энергиясын сақтай алады (содан кейін изомер бастапқы күйіне қайта оралады). Мұндай MOST жүйесі үшін үміткер – Норборнадиен (NBD). Себебі NBD мен квадрицикляндық (QC) фотоизомер арасындағы энергия айырмашылығы жоғары. Бұл энергия айырмашылығы шамамен 96 кДж/моль құрайды. Сондай-ақ, мұндай жүйелерде донорлық-акцепторлық топтарды енгізу ең ұзын толқынды қызыл спектрге қарай жылдырудың тиімді тәсілі болып табылады. Бұл күн спектрімен үйлесімділікті жақсартады. Ұтымды MOST жүйесі үшін маңызды міндет – қанағаттанарлық деңгейде жоғары энергия сақтау тығыздығына қол жеткізу (мүмкін болса, 300 кДж/кг-дан жоғары). MOST жүйесінің тағы бір қиындығы – жарықты көзге көрінетін аймақта сіңіру мүмкіндігі. NBD-ның донорлық және акцепторлық топтарымен функционалдануы осы сіңірудің максималдық нүктесін реттеу үшін қолданылады. Алайда, күн сәулесін сіңіруге оң әсер ететін бұл фактор молекулалық салмақтың артуымен теңдестіріледі. Бұл энергия тығыздығының төмендеуіне әкеледі. Күн сәулесін сіңіруге оң әсер ететін бұл фактордың тағы бір кемшілігі бар: сіңіру қызыл спектрге қарай жылғанда энергияны сақтау уақыты қысқарады. Энергия тығыздығы мен қызыл жылжу арасындағы осы кері байланысты жеңудің бір жолы – бір хромофорлық бірлікті бірнеше фотопереключательмен жұптастыру. Бұл жағдайда димерлер немесе тримерлер пайда болады. NBD ортақ донор және/немесе акцепторға ие болады. Каспер Мот Полсен және оның командасы жоғары энергиялы фотоизомердің тұрақтылығын екі электрондық байланысқан фотопереключатель арқылы, жылулық түрлендіру үшін бөлек кедергілермен жасауға тырысты. Осылайша, бірінші изомеризациядан кейін көк жылжу пайда болды (NBD-NBD → QC-NBD). Бұл екінші ауысу оқиғасының изомеризация энергиясының жоғарылауына әкелді (QC-NBD → QC-QC). Бұл жүйенің тағы бір артықшылығы – донорды бөлісу арқасында норборнадиен бірлігінің молекулалық салмағы азаяды. Бұл энергия тығыздығының артуына ықпал етеді. Нәтижесінде, бұл жүйе фотоөзгерістің кванттық шығымына НБД бірлігі үшін 94%-ға дейін жете алады. Кванттық шығым – фотон эмиссиясының тиімділігін өлшеу бірлігі. Бұл жүйемен өлшенген энергия тығыздықтары 559 кДж/кг-ға жетті (мақсатты 300 кДж/кг-дан асып түседі). Демек, молекулалық фотопереключательдердің әлеуеті зор – тек күн жылу энергиясын сақтау үшін ғана емес, сонымен қатар басқа да қолданулар үшін де.

Another promising way to store solar energy for electricity and heat production is a so called molecular solar thermal system (MOST). With this approach a molecule is converted by photoisomerization into a higher energy isomer. Photoisomerization is a process in which one (cis trans) isomer is converted into another by light (solar energy). This isomer is capable of storing the solar energy until the energy is released by a heat trigger or catalyst (then, the isomer is converted into its original isomer). A promising candidate for such a MOST is Norbornadiene (NBD). This is because there is a high energy difference between the NBD and the quadricyclane (QC) photoisomer. This energy difference is approximately 96 kJ/mol. It is also known that for such systems, the donor acceptor substitutions provide an effective means for red shifting the longest wavelength absorption. This improves the solar spectrum match. A crucial challenge for a useful MOST system is to acquire a satisfactory high energy storage density (if possible, higher than 300 kJ/kg). Another challenge of a MOST system is that light can be harvested in the visible region. The functionalization of the NBD with the donor and acceptor units is used to adjust this absorption maxima. However, this positive effect on the solar absorption is compensated by a higher molecular weight. This implies a lower energy density. This positive effect on the solar absorption has another downside. Namely, that the energy storage time is lowered when the absorption is redshifted. A possible solution to overcome this anti correlation between the energy density and the red shifting is to couple one chromophore unit to several photo switches. In this case, it is advantageous to form so called dimers or trimers. The NBD share a common donor and/or acceptor. Kasper Moth Poulsen and his team tried to engineer the stability of the high energy photo isomer by having two electronically coupled photo switches with separate barriers for thermal conversion. By doing so, a blue shift occurred after the first isomerization (NBD NBD to QC NBD). This led to a higher energy of isomerization of the second switching event (QC NBD to QC QC). Another advantage of this system, by sharing a donor, is that the molecular weight per norbornadiene unit is reduced. This leads to an increase of the energy density. Eventually, this system could reach a quantum yield of photoconversion up 94% per NBD unit. A quantum yield is a measure of the efficiency of photon emission. With this system the measured energy densities reached up to 559 kJ/kg (exceeding the target of 300 kJ/kg). So, the potential of the molecular photo switches is enormousnot only for solar thermal energy storage but for other applications as well.

Жылу батареясы

Жылу энергиясы батареясы – жылу энергиясын сақтау және бөліп беру мақсатында қолданылатын физикалық құрылым. Мұндай термиялық батарея (TBat) белгілі бір уақытта қолжетімді энергияны уақытша сақтап, кейін басқа уақытта бөліп беруге мүмкіндік береді. Термиялық батареяның негізгі принциптері материяның атомдық деңгейінде жүзеге асады, энергия қатты денеге немесе сұйық көлемге қосылады немесе алынады, нәтижесінде заттың температурасы өзгереді. Кейбір термиялық батареялар заттың фазалық өзгеріске түсуіне себеп болып, балқудың немесе буланудың энтальпиялық өзгерісі арқасында одан да көп энергияны сақтайды және бөліп береді. Жылу батареялары кеңінен таралған, оларға мысал ретінде ыстық су бөтелкесін келтіруге болады. Жылу батареяларының ерте мысалдарына тас және саздан жасалған пештер, отқа қойылған тастар және тоңдар жатады. Пештер мен тоңдар қазан болғанымен, олар сонымен қатар жылуды ұзақ сақтауға негізделген жылу сақтау жүйелері болып табылады.

Жылу батареяларының түрлері

Жылу батареялары негізінен 4 категорияға бөлінеді, олардың әрқайсысы әртүрлі формалар мен қолданыстарға ие, бірақ барлығы да жылу энергиясын сақтау және пайдалану үшін арналған. Олар жылуды сақтау әдісі және тығыздығы бойынша да ерекшеленеді.

Фазалық ауысуы бар термиялық аккумулятор

Термиялық сақтау үшін қолданылатын фазалық ауыстыру материалдары, фазалық ауыстыру температурасында айтарлық жылу сыйымдылығын сақтауға және бөліп шығаруға қабілетті. Бұл материалдар нақты қолданыстарға сәйкес таңдалады, себебі әртүрлі қолданыстарда тиімді болатын температуралардың кең диапазоны және әртүрлі температурада фазасын өзгертетін материалдардың көптігі бар. Бұл материалдарға, олардың қолданыс саласына арнап жасалған тұздар мен балауыздар кіреді. Дайын материалдардан өзге, су да фазалық ауыстыру материалы болып табылады. Судың жасырын жылуы 334 джоуль/граммды құрайды. Судың фазалық өзгерісі 0 °C (32 °F) температурада жүзеге асады. Кейбір қолданыстарда судың немесе мұздың жылу сыйымдылығы салқындату үшін, ал басқаларында жылуды сақтау үшін қолданылады. Ол екі мақсатқа да қолданылуы мүмкін; мұзды ерітіп жылуды сақтауға болады, содан кейін қоршаған ортаны жылыту үшін қайта қатыруға болады. Фазалық ауыстыруды осылай қолданудың артықшылығы – белгілі бір материал массасы температурасын өзгертпей, үлкен мөлшерде энергияны сіңіре алады. Осылайша, фазалық ауыстыруды пайдаланатын термиялық батареяны жеңілдетуге болады, немесе ішкі температураны қалыптан тыс көтермей, оған көбірек энергияны салуға болады.

Капсулаланған жылу батареясы

Капсулаланған жылу батареясы физикалық тұрғыдан фазалық өзгеріске ұшырайтын жылу батареясына ұқсас, себебі екеуі де энергияны сақтау немесе алу үшін жылумен қыздырылатын немесе салқындатылатын белгілі бір мөлшердегі физикалық материалдан тұрады. Дегенмен, фазалық өзгеріске ұшырамайтын капсулаланған жылу батареясында заттың температурасы фазалық өзгеріске түсірмей өзгертіледі. Фазалық өзгеріс қажет болмағандықтан, капсулаланған жылу батареясында пайдалануға болатын материалдардың саны көп. Капсулаланған жылу батареясының маңызды қасиеттерінің бірі – оның көлемдік жылу сыйымдылығы (VHC), сондай-ақ көлемге шаққандағы жылу сыйымдылығы. Мұндай жылу батареяларында су, бетон, ылғал немесе құрғақ құм сияқты бірнеше заттар қолданылады. Капсулаланған жылу батареясының мысалы – сақтау ыдысы бар тұрғын үй су жылытқышы. Бұл жылу аккумуляторы қажет болған кезде жылдам пайдалану үшін әдетте 30-60 минут ішінде баяу зарядталады (мысалы, 10-15 минут). Көптеген коммуналдық қызметтер су жылытқыштардың "жылу батареясы" екенін түсініп, үй иесіне кейін пайдалану үшін қолжетімді болған кезде, артық жаңартылатын энергияны сіңіру үшін оларды пайдалана бастады. Жоғарыда аталған мақалада көрсетілгендей,

Жердегі жылу алмастырушы термиялық аккумулятор

Жер асты жылу алмастырғышы (GHEX) – жердің маусымдық/жылдық циклді жылу аккумуляторы ретінде пайдаланылатын аймағы. Бұл жылу аккумуляторлары – жылу энергиясын беру үшін құбырлар орналастырылған жердің бөліктері. GHEX-ке энергия жоғары температуралы сұйықтықты құбырлар арқылы өткізу арқылы қосылады, соның нәтижесінде жердің температурасы көтеріледі. Сондай-ақ, сол құбырлар арқылы төмен температуралы сұйықтықты өткізу арқылы GHEX-тен энергияны алуға болады. GHEX әдетте екі түрде іске асырылады. Жоғарыдағы суретте "көлденең" GHEX көрсетілген, онда жерге жабық циклмен құбырларды орналастыру үшін траншеялар қолданылады. Олар сондай-ақ тік немесе көлденең бағытта жерге бұрғылау арқылы жасалады, содан кейін құбырлар циклдің алыс жағында "U-тәрізді" жалғауышпен жабық цикл түрінде орнатылады. Жылу энергиясын GHEX-ке кез келген уақытта қосуға немесе одан алуға болады. Дегенмен, олар көбінесе жылдық цикл бойынша жұмыс істейтін маусымдық жылу энергиясын сақтау ретінде қолданылады, онда энергия жазғы маусымда ғимаратты салқындату үшін ғимараттан алынып, GHEX-ке жинақталады. Содан кейін сол энергия қысқы маусымда ғимаратты жылыту үшін GHEX-тен қайта алынады. Энергияны қосу мен алудың бұл жылдық циклі қызмет көрсететін ғимараттың энергиялық модельдеуіне негізделген. Бұл режимде қолданылатын жылу аккумуляторы жаңаруға жататын энергия көзі болып табылады, өйткені қыста алынған энергия келесі жазғы маусымда GHEX-ке толығымен қайта қалпына келтіріледі. Бұл типтің қуат көзі – күн энергиясы, себебі жазғы уақытта ғимараттан алынып, келесі қысқы маусымда жылыту үшін пайдаланылатын күннің жылуы жерге жинақталады. GHEX жылу аккумуляторларының жылу өткізгіштігі мен жылу сыйымдылығы/диффузиясын анықтау үшін қолданылатын жылулық жауапты сынаудың екі негізгі әдісі бар: «Уақыт бойынша логарифмдік қисыққа сәйкестіру» және жақында ғана жарияланған «Жаңартқыш жылулық жауапты сынау». GHEX жылу аккумуляторының жылдық циклдылығының жақсы мысалын ASHRAE ғимаратының зерттеуінен көруге болады. «Күндер бойынша жер және қоршаған ауа температурасы» графигінде (2–7-сурет) жер температурасының жылдық циклдық синусоидалық пішінін оңай көруге болады, себебі жылу қыс мезгілінде жерден алынып, жаз мезгілінде жерге қайтарылады, бұл бір маусымда жердің «жылулық зарядын» қалыптастырады, ол кейінгі маусымға дейін кері бағытта қозғалып, зарядталмайды. Қасақана ұңғымалық жылу үлгілерін пайдаланатын жер астындағы жылу аккумуляторларының басқа да жетілдірілген мысалдары қазіргі уақытта зерттеулер мен бастапқы пайдалануда.

A ground heat exchanger (GHEX) is an area of the earth that is utilized as a seasonal/annual cycle thermal battery. These thermal batteries are areas of the earth into which pipes have been placed in order to transfer thermal energy. Energy is added to the GHEX by running a higher temperature fluid through the pipes and thus raising the temperature of the local earth. Energy can also be taken from the GHEX by running a lower temperature fluid through those same pipes. GHEX are usually implemented in two forms. The picture above depicts what is known as a "horizontal" GHEX where trenching is used to place an amount of pipe in a closed loop in the ground. They are also formed by drilling boreholes into the ground, either vertically or horizontally, and then the pipes are inserted in the form of a closed loop with a "u bend" fitting on the far end of the loop. Heat energy can be added to or removed from a GHEX at any point in time. However, they are most often used as a Seasonal thermal energy storage operating on an annual cycle where energy is extracted from a building during the summer season to cool a building and added to the GHEX. Then that same energy is later extracted from the GHEX in the winter season to heat the building. This annual cycle of energy addition and subtraction is highly predictable based on energy modelling of the building served. A thermal battery used in this mode is a renewable energy source as the energy extracted in the winter will be restored to the GHEX the next summer in a continually repeating cycle. This type is solar powered because it is the heat from the sun in the summer that is removed from a building and stored in the ground for use in the next winter season for heating. There are two main methods of Thermal Response Testing that are used to characterize the thermal conductivity and Thermal Capacity/Diffusivity of GHEX Thermal Batteries—Log Time 1 Dimensional Curve Fit and newly released Advanced Thermal Response Testing. A good example of the Annual Cycle nature of a GHEX Thermal Battery can be seen in the ASHRAE Building study. As seen there in the 'Ground Loop and Ambient Air temperatures by date' graphic (Figure 2–7), one can easily see the annual cycle sinusoidal shape of the ground temperature as heat is seasonally extracted from the ground in winter and rejected to the ground in summer, creating a ground "thermal charge" in one season that is not uncharged and driven the other direction from neutral until a later season. Other more advanced examples of Ground based Thermal Batteries utilizing intentional well bore thermal patterns are currently in research and early use.

Басқа термоаккумуляторлар

Қорғаныс өнеркәсібінде алғашқы балқытылған тұз батареялары "термиялық батареялар" деп аталады. Олар қайта зарядталмайтын электр батареялары болып табылады, олар ионды металл тұздарының (натрий, калий және литий хлоридтері, бромидтері және т.б.) төмен балқу температуралы эвтектикалық қоспасын электролит ретінде пайдаланады, және тұздар қатты күйде жасалады. Тұздар қатты күйінде сақталғанда, батареяның қызмет ету мерзімі 50 жылға дейін созылуы мүмкін. Батарея белсенділенгеннен кейін (әдетте пиротехникалық жылу көзі арқылы) және электролит балқығаннан кейін, ол өте сенімді және жоғары энергия мен қуат тығыздығына ие. Олар әскери қолдануда, мысалы, кішкентай және үлкен басқарылатын зымырандар мен ядролық қаруларда кеңінен қолданылады. Тарихи тұрғыдан "термиялық батареялар" деп аталатын басқа да заттар бар, мысалы, шаңғышылар қолдарын және аяқтарын жылы ұстау үшін қолданатын энергияны сақтауға арналған жылу пакеттері (қол жылытқышқа қараңыз). Олардың құрамында ауаға ұшырағанда бірнеше сағат ішінде тез коррозияға ұшырап, жылуды бөліп шығаратын, оттегісіз тұзды сумен ылғалданған темір ұнтағы бар. Жедел салқындатқыш пакеттер химиялық емес фазалық өзгеріс арқылы, мысалы, кейбір қосылыстардың ерітілуінен туындайтын эндотермиялық жылуды сіңіру арқылы жылуды сіңіреді. Бұл басқа жылу батареяларының ортақ принципі – реакция қайтымсыз болып табылады. Сондықтан, бұл батареялар жылу энергиясын сақтау және қайта алу үшін қолданылмайды.

Электрлік жылулық сақтау

Сақтау жылытқыштары еуропалық үйлерде кең таралған, олар пайдалану уақытын есептеуге арналған (дәстүрлі түрде түнде арзан электр энергиясын пайдалану). Олар жоғары тығыздықтағы керамикалық кірпіштерден немесе электрмен жоғары температураға дейін қыздырылатын феолит блоктарынан тұрады және бірнеше сағат бойы жылуды бөліп беру үшін жақсы жылу оқшаулағышымен және басқару құрылғыларымен жабдықталған немесе жабдықталмаған болуы мүмкін. Кейбір кеңестер бойынша, оларды кішкентай балалары бар немесе нашар күтімге байланысты өрт қаупі жоғары жерлерде қолдану ұсынылмайды, себебі температурасы өте жоғары. Жел және күн энергиясының (және басқа да жаңартылатын энергия көздерінің) өсуі кейбір елдерде электр желілеріне энергия беру үлесін арттыруда, соның салдарынан бірнеше коммерциялық компаниялар электр энергиясын ірі көлемде сақтау мүмкіндіктерін зерттеп жатыр. Ең жақсы жағдайда, артық жаңартылатын энергия жоғары температуралы, жоғары сапалы жылуға айналдырылып, қажет болғанда кейін бөлінеді. Дамып келе жатқан технология – вакуумдық супер оқшаулағыш (VSI) жылу сақтағыштарын пайдалану. Жылуды өндіру үшін электр энергиясын пайдалану, күн жылу коллекторларынан тікелей жылу алудан өзгеше, өте жоғары температураға қол жеткізуге мүмкіндік береді, бұл жаз айларында артық фотоэлектрлік энергияны келесі қысқа жеткізіп, жоғары сапалы жылуды сақтауға және салыстырмалы түрде аз шығындармен жылуды тасымалдауға мүмкіндік береді.

Күн энергиясын сақтау

Күн энергиясы – жылу энергиясын сақтаудың бір тәсілі. Көптеген практикалық күн жылу сақтау жүйелері бірнеше сағаттан бір күнге дейін энергияны сақтай алады. Дегенмен, көбінесе маусымдық жылу энергиясын сақтау (МЖЭС) қолданылады, бұл жазда күн энергиясын сақтап, қыста кеңістікті жылытуға мүмкіндік береді. 2017 жылы Канаданың Альберта провинциясындағы Дрейк Лэндинг күн қоғамдастығы МЖЭС-ті пайдалану арқасында әлемдік рекордты орнатып, жыл бойы 97% күнмен жылумен қамтылған. Жоғары температуралы күн жылулық кірісімен жасырын жылу мен сезімтал жылуды бірге пайдалануға болады. Алюминий және кремний сияқты әртүрлі эвтектикалық металл қоспалары буды тиімді өндіруге қолайлы жоғары балқу температурасын ұсынады, ал жоғары алюминий цементіне негіделген материалдар жақсы сақтау қабілеттерін қамтамасыз етеді.

Жылуды сорғылау арқылы электр энергиясын сақтау

Сорулы жылу электр энергиясын сақтауда (PHES) энергия екі жылу жинақтағышы арасындағы температура айырмасы түрінде сақталады, бұл үшін қайтымды жылу сорғысы жүйесі пайдаланылады.

Изентропиялық

Изентропиялық жүйелер екі оқшауланған контейнерден тұрады, мысалы, ұсақталған тас немесе қиыршық таспен толтырылған: біреуі жоғары температурада/қысымда жылу энергиясын сақтайтын ыстық ыдыс, екіншісі төмен температурада/қысымда жылу энергиясын сақтайтын суық ыдыс. Ыдыстар құбырлармен жоғары және төмен жағынан қосылған, ал тұтас жүйе аргон сияқты инертті газбен толтырылады. Бұл, насостық гидроаккумуляциялық электр станцияларымен қол жеткізілетін 80%-ға жуық көрсеткішпен салыстырылады. Тағы бір ұсынылған жүйе турбомашиналарды қолданады және одан әлдеқайда жоғары қуат деңгейінде жұмыс істей алады. Жылуды сақтау үшін фазалық өзгеріс материалдарын пайдалану тиімділікті арттыруы мүмкін.