थर्मल भण्डारण प्रविधि

थर्मल ऊर्जामानवजातिले प्रयोग गर्ने सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण ऊर्जा स्रोतहरू मध्ये एकको रूपमा, यसको कार्य सिद्धान्तहरूको आधारमा मुख्य रूपमा तीन वर्गहरूमा वर्गीकृत गरिएको छ: संवेदनशील थर्मल भण्डारण, अव्यक्त थर्मल (फेज परिवर्तन) थर्मल भण्डारण, र थर्मोकेमिकल थर्मल भण्डारण। यसले अन्तिम ऊर्जा खपतको 40% देखि 50% सम्म योगदान गर्दछ, र यसको अनुप्रयोगहरू अत्यन्त व्यापक- दायराका छन्। वर्तमान ऊर्जा विकास र उपयोग प्रणालीमा, लगभग सबै ऊर्जा रूपान्तरण प्रक्रियाहरूमा थर्मल ऊर्जा समावेश छ। यद्यपि, ऊर्जा रूपान्तरणको क्रममा अपरिहार्य ऊर्जा हानिको कारण, थर्मल भण्डारण प्रविधि विरलै विद्युतीय ऊर्जा भण्डारणमा प्रत्यक्ष रूपमा लागू हुन्छ (अर्थात, इनपुट र आउटपुट दुबै विद्युतीय ऊर्जा हो)। यसको सट्टा, यो प्रायः ऊर्जा रूपान्तरण श्रृंखलामा लिङ्कको रूपमा प्रयोग गरिन्छ वा केवल थर्मल प्रणालीहरूमा लागू हुन्छ।

समझदार गर्मी भण्डारण

सेन्सिबल तातो भण्डारण प्रविधि भनेको पदार्थको तापक्रममा हुने परिवर्तनलाई प्रयोग गरेर तापलाई भण्डारण गर्ने र निकाल्ने विधि हो। यसको काम गर्ने संयन्त्र अपेक्षाकृत सरल छ: तातो भण्डारण वा रिलीज मध्यम ताप वा चिसो द्वारा प्राप्त गरिन्छ। यस प्रक्रियाको बखत, माध्यमले रासायनिक रूपान्तरण वा चरण परिवर्तन गर्दैन, जसले सम्पूर्ण प्रणालीलाई नियन्त्रण गर्न र स्थिर रूपमा सञ्चालन गर्न सजिलो बनाउँछ। यसबाहेक, त्यहाँ धेरै प्रकारका यस्ता ताप भण्डारण सामग्रीहरू कम लागतमा उपलब्ध छन्, तिनीहरूलाई ठूला- मापनका अनुप्रयोगहरूको लागि उपयुक्त बनाउँदै। यो टेक्नोलोजी उच्च परिपक्व मात्र होइन तर धेरै क्षेत्रहरूमा व्यापक आवेदन क्षमता पनि प्रदर्शन गर्दछ। यद्यपि, समझदार ताप भण्डारणले पनि केही चुनौतीहरूको सामना गर्दछ, जस्तै कम ऊर्जा घनत्व, ठूलो उपकरण आकार, लामो-अवधि भण्डारणको समयमा महत्त्वपूर्ण ताप हानि, र अस्थिर उत्पादन तापक्रम। समझदार ताप भण्डारण मिडियालाई व्यापक रूपमा दुई वर्गमा वर्गीकृत गर्न सकिन्छ: तरल र ठोस। सामान्य तरल ताप भण्डारण सामग्रीमा पानी, थर्मल तेल, पग्लिएको नुन, र तरल धातु समावेश छ। यी मध्ये, पानी, यसको राम्रो सुरक्षा र स्थिरताको कारण, र तथ्य यो कि यसको ताप भण्डारण तापमान सामान्यतया 100 डिग्री भन्दा बढी हुँदैन, सौर्य पानी तताउने प्रणाली र स्पेस तताउनेमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ। थर्मल तेलहरू, तिनीहरूको उत्कृष्ट थर्मल चालकता र फराकिलो सञ्चालन तापमान दायराको साथ, प्रारम्भिक मध्यम- र उच्च-तापमान तापीय ऊर्जा भण्डारण अनुप्रयोगहरूमा प्रयोग गरिएको छ; यद्यपि, तिनीहरूको उच्च लागत, ज्वलनशीलता, र सम्भावित उच्च-बन्द लुप प्रणालीहरूमा दबाब जोखिमहरू-ले तिनीहरूको क्रमशः अन्य उत्कृष्ट विकल्पहरूद्वारा प्रतिस्थापन गरेको छ। यसको विपरित, कम संतृप्त वाष्प दबाव, कम चिपचिपाहट, उच्च थर्मल चालकता, गैर{17}}ज्वलनशीलता, र गैर{18}}विषाक्तताको साथ, पग्लिएको लवणले मुख्यधाराको स्टीम प्यारामिटरहरूसँग मिल्दो तापक्रममा राम्रो प्रदर्शन गर्दछ र अपेक्षाकृत सस्तो छ, तिनीहरूलाई सोभर्सलर इलेक्ट्रोनिकको लागि एक आदर्श विकल्प मानिन्छ। यद्यपि, अत्यधिक उच्च परिवेशको तापक्रममा, पग्लिएको नुनले पाइपलाइनहरू र सम्बन्धित उपकरणहरू क्षरण गर्न सक्छ, थप अनुसन्धान र स्टेनलेस स्टीलको साथ तिनीहरूको अनुकूलता र गर्मी प्रतिरोधको सुधार आवश्यक हुन्छ। तरल धातुहरू, तिनीहरूको अत्यधिक उच्च थर्मल चालकताको कारण, सम्भावित उच्च-तापमान (६०० डिग्रीभन्दा बढी) थर्मल भण्डारण समाधान मानिन्छ; यद्यपि, तिनीहरूको अत्यधिक प्रतिक्रियाशील रासायनिक गुणहरू दिएर, सामान्य प्रणाली सञ्चालन सुनिश्चित गर्न अतिरिक्त सुरक्षा उपायहरू आवश्यक पर्दछ, र तिनीहरूको उच्च लागतले तिनीहरूलाई अन्वेषणको प्रारम्भिक चरणहरूमा राख्छ।

सामान्य ठोस थर्मल भण्डारण सामग्रीहरूमा कंक्रीट, चट्टान, र अपवर्तक ईंटहरू समावेश छन्। तरल थर्मल भण्डारण सामग्रीको तुलनामा, ठोस थर्मल भण्डारण सामग्रीले उच्च तापक्रममा काम गर्न सक्छ र एउटै ठाउँमा बढी तातो भण्डारण गर्न सक्छ, जसको अर्थ आवश्यक सामग्रीको मात्रामा कमी र समग्र लागतमा कमी हुन्छ।

अव्यक्त गर्मी (चरण परिवर्तन) थर्मल भण्डारण

चरण परिवर्तन थर्मल ऊर्जा भण्डारण प्रविधि मुख्यतया ऊर्जा भण्डारण को मुख्य रूप को रूप मा अव्यक्त गर्मी मा निर्भर गर्दछ। यो टेक्नोलोजीले गर्मी भण्डारण गर्न चरण ट्रान्जिसनको क्रममा ठूलो मात्रामा अव्यक्त गर्मीको अवशोषण वा रिलीजको प्रयोग गर्दछ। यस प्रक्रियाको समयमा, सामग्रीको तापमान लगभग स्थिर रहन्छ। यो थर्मल ऊर्जा भण्डारण प्रविधिमा उच्च ऊर्जा घनत्व र सानो भोल्युम जस्ता महत्त्वपूर्ण फाइदाहरू छन्।

पदार्थ एक अवस्थाबाट अर्को अवस्थामा परिणत हुने प्रक्रियालाई चरण संक्रमण भनिन्छ। सामान्यतया, यो संक्रमण आइसोथर्मल वा नजिकैको-आइसोथर्मल अवस्थाहरूमा हुन्छ र यसले ठूलो मात्रामा तापको अवशोषण वा रिलिज-उर्जा परिवर्तनको साथमा हुन्छ। यो ऊर्जा चरण संक्रमणको सुप्त तापको रूपमा परिभाषित गरिएको छ। विशेष गरी, अधिकांश सामग्रीको चरण संक्रमणमा संलग्न अव्यक्त ताप समझदार तापको भन्दा धेरै ठूलो हुन्छ। उदाहरण को लागी, पानी को लगभग 4.2 kJ/kg· डिग्री को एक विशिष्ट ताप क्षमता छ, र ठोस देखि तरल अवस्था (पानी मा बरफ पग्लने) मा संक्रमण को समयमा, पानी चरण संक्रमण को सुप्त ताप को रूप मा 355 kJ/kg उर्जा अवशोषित गर्न सक्छ। तसर्थ, ऊर्जा घनत्वको सन्दर्भमा, चरण संक्रमणको अव्यक्त तापको उपयोग गर्ने तरिकाहरू भन्दा धेरै उच्च छ जुन केवल समझदार तापमा निर्भर हुन्छ।

पदार्थको चरण संक्रमणले मुख्यतया चार प्रकारहरू समावेश गर्दछ: ठोस-ठोस, ठोस-तरल, ठोस-ग्यास, र तरल-ग्यास। यद्यपि ठोस-ग्यास र तरल-ग्यास ट्रान्जिसनहरूमा उच्च अव्यक्त ताप मानहरू छन्, यी अवस्थाहरूमा महत्त्वपूर्ण मात्रा परिवर्तनहरूले व्यावहारिक सञ्चालनको कठिनाइलाई बढाउँछ, जसले गर्दा तिनीहरूको आवेदन सीमित हुन्छ। यसको विपरित, ठोस-ठोस चरण ट्रान्जिसनहरू, जुन ठोस पदार्थ एक क्रिस्टलीय अवस्थाबाट अर्कोमा परिणत हुँदा हुन्छ, सानो मात्रामा परिवर्तन र कम सुपर कूलिङ प्रदर्शन गर्दछ, तर ताप जारी वा अवशोषित अन्य चरण संक्रमण प्रक्रियाहरू भन्दा कम हुन्छ। ठोस-तरल अवस्था संक्रमणमा, पदार्थ ठोसबाट तरल अवस्थामा परिवर्तन हुन्छ। यद्यपि यस प्रक्रियालाई तरल पदार्थ राख्नको लागि एक विशेष कन्टेनर चाहिन्छ, ठोस-ग्यास र तरल-ग्यास चरण ट्रान्जिसनको तुलनामा भोल्युम परिवर्तन धेरै सानो हुन्छ, र ठोस-ठोस फेज ट्रान्जिसनको तुलनामा संलग्न अव्यक्त ताप उल्लेखनीय रूपमा बढी हुन्छ। यी विशेषताहरू दिएर, ठोस-तरल चरण संक्रमणहरू हाल सबैभन्दा व्यावहारिक र व्यापक रूपमा लागू हुने चरण परिवर्तन थर्मल भण्डारण विधि मानिन्छ।

हाल, चरण परिवर्तन थर्मल भण्डारण टेक्नोलोजीमा प्रयोग हुने धेरै प्रकारका सामग्रीहरू छन्, मुख्यतया तिनीहरूको रासायनिक संरचनाको आधारमा दुई कोटिहरूमा विभाजन गरिएको छ: जैविक र अकार्बनिक। जैविक चरण परिवर्तन सामग्रीहरूमा मुख्यतया प्याराफिन मोम, अल्कोहल र फ्याटी एसिड जस्ता पदार्थहरू समावेश हुन्छन्; जबकि अकार्बनिक चरण परिवर्तन सामग्रीहरू क्रिस्टलीय हाइड्रेटेड लवण, पग्लिएको लवण, र धातुहरू वा तिनीहरूका मिश्रहरू द्वारा प्रतिनिधित्व गरिन्छ। सामान्यतया, जैविक चरण परिवर्तन सामग्रीहरू कम देखि मध्यम तापक्रम दायरामा थर्मल ऊर्जा भण्डारणको लागि अधिक उपयुक्त हुन्छन्, जबकि अकार्बनिक चरण परिवर्तन सामग्रीहरूले मध्यम देखि उच्च तापमान अवस्थाहरूमा राम्रो थर्मल ऊर्जा भण्डारण प्रदर्शन प्रदर्शन गर्दछ।

थर्मोकेमिकल थर्मल भण्डारण

थर्मोकेमिकल थर्मल ऊर्जा भण्डारण टेक्नोलोजीले प्रति एकाइ भोल्युममा अत्यधिक उच्च ऊर्जा घनत्वको गर्व गर्दछ, GJ/m³ को क्रममा पुग्छ। यसको तुलनामा, संवेदनशील ताप भण्डारण सामग्रीको ऊर्जा घनत्व लगभग एक-दशांश मात्र हो, र अव्यक्त ताप भण्डारण सामग्रीको आधा मात्र हो। यसबाहेक, रिएक्टेन्टहरूलाई अलग गरेर, यो प्रविधिले कोठाको तापक्रममा शून्य-थर्मल ऊर्जा भण्डारण गर्न सक्छ, यसरी यसलाई व्यापक रूपमा ठूलो-पैमाने र दीर्घकालीन-थर्मल ऊर्जा भण्डारणको लागि सबैभन्दा आशाजनक प्रविधिहरू मध्ये एक मानिन्छ। ऊर्जा भण्डारण प्रक्रियामा संलग्न विभिन्न रासायनिक बन्ड परिवर्तनहरूको आधारमा, थर्मोकेमिकल थर्मल ऊर्जा भण्डारणलाई थप दुई मुख्य कोटीहरूमा विभाजन गर्न सकिन्छ: केमिसोर्पशन थर्मल ऊर्जा भण्डारण र रासायनिक प्रतिक्रिया थर्मल ऊर्जा भण्डारण।

Chemisorption थर्मल भण्डारण विशेष गरी कम तापमान वातावरणमा अनुप्रयोगहरूको लागि उपयुक्त छ। यो तातो भण्डारण र रिलिज प्राप्त गर्न ठोस adsorbents र ग्यास adsorbates बीच भौतिक वा रासायनिक अन्तरआणविक बलहरू (जस्तै भ्यान डर वाल्स बलहरू, इलेक्ट्रोस्टेटिक बलहरू, र हाइड्रोजन बन्डहरू) को गठन र तोड्नमा निर्भर गर्दछ। यो प्रविधिले मुख्यतया दुई प्रकारका प्रणालीहरू समावेश गर्दछ: एउटा हाइड्रेटेड नुन प्रणाली हो जसमा पानीको वाफलाई शोषकको रूपमा प्रयोग गरिन्छ। अर्को एक अमोनिया जटिल प्रणाली हो जसमा अमोनिया अणुहरू adsorbate को रूपमा प्रयोग गरिन्छ। तालिका 1-2 ले विशेष प्रकारहरू, ताप भण्डारण/रिलिज तापमान, र धेरै सामान्य रूपमा प्रयोग हुने रसायनिक थर्मल भण्डारण सामग्रीहरूको ऊर्जा भण्डारण घनत्वहरू देखाउँछ।

तालिका 1-2 सामान्यतया प्रयोग हुने रासायनिक शोषण थर्मल भण्डारण सामग्रीहरूको गुणहरू:

रासायनिक प्रतिक्रिया थर्मल ऊर्जा भण्डारण मुख्यतया मध्यम- र उच्च-तापमान अवस्थाहरूमा लागू गरिन्छ, र यसको प्रणालीहरू विविध छन्, जसमा मिथेन सुधार, अमोनिया संश्लेषण र विघटन, धातु हाइड्राइडहरू, कार्बोनेटहरू, धातु अक्साइडहरू, र धातु हाइड्रोक्साइडहरू समावेश छन्। यी विधिहरूले रासायनिक बन्धहरू तोडेर र पुन: संयोजन मार्फत थर्मल ऊर्जाको भण्डारण र रिलीज प्राप्त गर्दछ। यस प्रकारको ऊर्जा भण्डारणमा ठूला प्रतिक्रिया मानहरू, उच्च ऊर्जा घनत्व, र व्यापक परिचालन तापमान दायरा हुन्छ। यद्यपि, व्यावहारिक अनुप्रयोगहरूमा, लागत नियन्त्रण, सामग्री जंग, र ग्यास भण्डारण सहित चुनौतीहरू बाँकी छन्। त्यसकारण, सान्दर्भिक प्रतिक्रिया संयन्त्रहरूमा गहिरो अनुसन्धान गर्न र समग्र कार्यसम्पादन सुधार गर्न प्रक्रिया प्रवाहलाई अनुकूलन गर्न आवश्यक छ।

थर्मोकेमिकल थर्मल ऊर्जा भण्डारण प्रणालीहरूमा जटिल संरचनाहरू र धेरै सहायक उपकरणहरू छन्, जसको परिणामस्वरूप उच्च प्रारम्भिक लगानी लागतहरू छन्। हाल, तिनीहरूको अल्ट्रा-उच्च ऊर्जा घनत्व प्रति एकाइ भोल्युम पूर्ण रूपमा प्रयोग गरिएको छैन। यसबाहेक, संलग्न रासायनिक प्रतिक्रिया संयन्त्रहरूको जटिलताको कारण, प्रतिक्रिया दरहरूको सटीक नियन्त्रण चुनौतीपूर्ण छ, र केही प्रतिक्रिया प्रक्रियाहरूमा कडा सुरक्षा आवश्यकताहरू छन्, समग्र प्रणाली दक्षतामा थप सुधार। तसर्थ, यी समस्याहरूलाई सम्बोधन गर्न थर्मोकेमिकल थर्मल ऊर्जा भण्डारण प्रविधिमा थप- गहिरो अनुसन्धान आवश्यक छ।