Песчаная батарея

Требуется исследовательская группа Free Appropriate Sustainability Technology (FAST) Western University ! Студенты будут создавать распределенное будущее с использованием солнечной энергии и 3D-печати с открытым исходным кодом и переработки. Свяжитесь с доктором Джошуа Пирсом - подайте заявку здесь

Главная · Проекты и публикации · Методы · Обзоры литературы · Люди · Спонсоры · Новости · Twitter/X · YouTube · LinkedIn · Github · Для детей!

Читать далее...

Эта страница представляет собой обзор литературы . Не стесняйтесь редактировать эту страницу и добавлять источники и резюме.Читать далее...

Технология песчаных батарей: перспективное решение для хранения возобновляемой энергии ^[1]

• Песок: в изобилии, недорогой, доступный, нетоксичный
• электроды на основе песка--> запасают и высвобождают энергию
• Использование в небольших жилых системах для крупномасштабного хранения на уровне сети
• Рекламный:
  • Высокая плотность энергии
  • Длительный срок службы
  • Стабильность цикла
  • Безопасность
  • Потенциал хранения возобновляемой энергии
• Электроды на основе песка--> потенциал в литий-ионных аккумуляторах и суперконденсаторах
• Технологии хранения энергии на основе песка:
  • Накопление тепловой энергии.
  • Накопление механической энергии.
  • Электрохимическое хранение энергии.
• Необходимые материалы:
  • Песок
    • носитель информации
    • должен иметь высокую теплопроводность
    • низкая тепловая масса
    • выдерживать высокие температуры
  • Термоэлектрические генераторы
    • Тепловая энергия песка в электрическую энергию (переработка: для выработки электроэнергии, энергетики, отопления помещений)
    • выбор: температура фазового перехода и емкость хранения энергии.
  • Электроды/Нагревательная спираль
    • Передача тепловой энергии между песком и термоэлектрическим генератором
    • графитовая или металлическая фольга
  • Изоляция
    • Сокращение потерь тепла при зарядке и разрядке
    • Повышает эффективность
  • Источник тепла:
    • зарядить аккумулятор и нагреть песок
    • Может быть солнечной/отработанной тепловой энергией от промышленности/возобновляемой/невозобновляемой тепловой энергией
  • Контейнер
    • Вмещает все
    • выдерживать высокие температуры и термические нагрузки.
• Проектирование-->на основе количества необходимой тепловой энергии и продолжительности хранения
• Генерация и хранение энергии:
  • ветер/солнце --> электричество
  • 30%-->немедленно обеспечить электроэнергией местную инфраструктуру
  • 70%-->хранить в песчаной батарее и нагревать до 600-1000°C
  • более слабая солнечная энергия--> используйте накопленную энергию
• Заряжать:
  • Нагреть песок--> увеличить температуру --> до порога--> полная энергия
  • тип песка и источник тепла--> разное время зарядки
• Увольнять:
  • песок--> подвергать воздействию радиатора или устройства, которое отводит тепло
  • падение температуры песка-->выделение энергии в виде тепла
  • Тип песка и температура радиатора-->разное время разряда
• Песчано-батарейный тип:
  • Косвенное сохранение тепла:
    • теплопередающая жидкость (передача тепла песку и от него)
    • работа при более высокой температуре
    • большой физический след
  • Прямое хранение тепла
    • Прямой контакт с источником тепла и радиатором
    • эксплуатация при более низких температурах
    • компактный
  • Термохимическое сохранение тепла
    • химическая реакция
    • хранить больше энергии
    • более длительное время зарядки и разрядки
  • Гибридное хранение тепла
  • Комбинация прямого и косвенного
  • более высокая плотность энергии
  • более быстрая зарядка и разрядка
• Приложение
  • Возобновляемое хранилище
  • Тепло и прохлада
  • Аварийное резервное питание
• Вызовы
  • Эффективность --> зависит от материала/конструкции/условий эксплуатации
  • рабочая температура
  • масштабировать

Песчаная батарея: инновационное решение для хранения возобновляемой энергии (обзор) ^[2]

• ОАЭ --> намерены использовать 7% своей энергии из возобновляемых источников (в частности, солнечной)--> но это сложно -->ОАЭ пустыни песок
• Состав песка: диоксид кремния
• Зоны с отрицательными температурами -->перспективы накопления солнечного тепла/тепла на основе песчаного слоя
• Сухой ПЭ на основе песка -> Высокая температура и высокая энергия -> может использоваться в инфраструктуре таких объектов, как автостоянки
• Доступные материалы: песок и камни.
• Установленные циклические структуры хранения: Германия, Канада, Турция, Корея, Нидерланды, США, Финляндия, Франция и Швейцария
• Песок: хранение при температуре до 1000 °C, нулевая потеря массы, снижение расходов на владение и обслуживание, улучшенные и стабильные показатели обмена энергией
• Песчаная среда: в одном бассейне солнечная -> увеличивает среднегодовую суточную выработку на 23,8% (по сравнению с отсутствием песка), удерживает тепловую энергию в течение длительного времени, может использоваться зимой (когда нет солнечной энергии)
• Принцип:
  • 30% возобновляемой энергии используется, 70% хранится в песке --> увеличить температуру до 600-1000
• Компонент батареи:
  • стальной корпус--> трубопровод для передачи песка и тепла
  • Внешние--> механические механизмы, регуляторы, теплообменники, вентилятор
• Операция:
  • Заряжать
  • Хранилище
  • Увольнять
• Механизм:
  • Циркуляция горячего воздуха вокруг песка -> Возобновляемые источники энергии управляют электрическим нагревателем сопротивления для повышения температуры воздуха около песка
  • теплообменная трубка вентилятором
  • Плотная изоляция --> крышка --> поддержание температуры
  • Выпуск: подача холодного воздуха --> нагревание --> может испарять воду
  • СРАВНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ TES ТАБЛИЦА ДОСТУПНА
• Недостатки:
  • Ограниченный диапазон температур (300-1000)
  • Медленная зарядка
  • Низкая плотность мощности
  • Землепользование
  • Транспорт
• Недавний:
  • оптимизировать размер и распределение частиц
• Приложение
  • хранение на уровне сетки
  • портативные устройства
  • автономные энергосистемы
  • промышленное отопление
  • отопление здания
  • централизованное теплоснабжение
  • сельское хозяйство
  • системы добычи полезных ископаемых

Использование песков в солнечных тепловых технологиях ^[3]

• частицы горных пород или минералов-->кремнезем (кварц), полевой шпат, карбонаты, слюды, амфиболы, пироксены--> диаметром от 0,06 до 2 мм
• 6% площади суши (6% площади суши Земли в разных регионах)
  • 2% Северная Америка
  • более 30% Австралия
  • более 45% Центральная Азия
• 11 и 58 долларов за метрическую тонну
• удельная теплоемкость: от 700 до 1000 Дж/кг◦C
• Теплопроводность зависит от пористости, зернистости, содержания влаги и минералогии.
  • менее пористый-->более высокая теплопроводность
  • Меньшие частицы -> меньшая теплопроводность
  • насыщенный водой --> более высокая теплопроводность
  • Теплопроводность кварца: 7,7 Вт/мК
  • теплопроводность других компонентов песка: от 2,5 до 3,6 Вт/мК
• нетоксичный, некоррозионный и невоспламеняющийся
• Песок в солнечной энергии
  • Хранение тепловой энергии
  • Поглощение солнечной энергии
  • Передача тепла
  • теплоизоляцияподходящий
  • большая площадь поверхности -> испарение воды как испарительной среды
• Солнечная дистилляция
  • солнечное излучение -> получение пресной воды из загрязненной
  • Ограничение: низкая урожайность днем ​​и нулевая ночью.
  • с песком
    • заполните пространство под облицовкой раковины, саму раковину /используя такие емкости, как металлические коробки, хлопчатобумажные мешки или глиняные горшки
    • поддерживать более высокие температуры
    • увеличить площадь поверхности испарения за счет капиллярного эффекта
    • мелкий, однородный песок лучше, черный лучше, минимальная толщина лучше, без уровня воды выше
• Солнечное отопление
  • Солнечные тепловые коллекторы + накопители тепловой энергии
  • Высокое содержание кварца, низкая пористость и высокое содержание влаги
  • Сухой песок с низким содержанием кварца
• Резервуар для хранения тепловой энергии
  • Вода: высокая удельная теплоемкость, но потери тепла -> Окружающие резервуары с песком с низкой теплопроводностью; Песчаный грунт: более низкая теплоемкость и теплопроводность -> меньшие потери тепла из резервуаров по сравнению с гранитным грунтом
  • Требовать
    • Низкая удельная теплоемкость и теплопроводность
    • Сухой
    • достаточная глубина
• Хранение тепловой энергии водоносного слоя (ATES)
  • содержат пористые и проницаемые слои песка
  • горячая вода летом--> закачка в водоносный горизонт-->нагрев почвы и имеющейся воды--> извлечение тепла зимой, например, 72% извлечения в формации Гассум в Дании
  • Требовать
    • Высокая теплоемкость и теплопроводность
    • Высокая пористость и проницаемость
• Скважинное хранилище тепловой энергии (BTES)
  • тепло к земле через U-образные теплообменники летом-->вытяжка зимой
  • песок с высоким содержанием кварца и низкой пористостью --> хорош по сравнению с бентонитом или гравием
  • На 50% больше тепла и на 50% больше времени по сравнению с гравием --> КПД 78%
  • Бельгия: годовая эффективность хранения 70%
  • Требовать
    • высокая теплопроводность и теплоемкость
• Хранение тепловой энергии в уплотненном слое
  • использовать уплотненный песок в изолированных ямах
  • Экономия от 64% до 91%
  • 65–75% потребностей в горячей воде для бытовых нужд
  • Финляндия
  • Песок --> засыпается в контейнеры или ямы, через слой проходит поток теплоносителя --> передача тепла при низком спросе (летом) и извлечение при высоком спросе
  • Требовать
    • высокая теплопроводность и удельная теплоемкость
• Улучшение солнечной теплицы
  • стены, аккумулирующие тепло (стены Тромба) --> повышают температуру воздуха и почвы в теплицах
  • изготовлен из: черненой поверхности (поглощает солнечное излучение, передавая тепло песку), песка и изоляции
  • теплицы с песчаными стенами для хранения тепла
    • дневная температура воздуха--> поднимется на 6,4°C выше температуры окружающей среды, ночная температура--> поднимется на 1,1°C
    • Температура почвы-->глубина до 8 см--> повышается на 6,4°C днем ​​и на 4°C ночью
    • более раннее цветение (на 14 дней), более раннее созревание (на 20 дней) и более высокая урожайность (на 33,4%)
• Солнечные сушилки
  • солнечное излучение --> сухие сельскохозяйственные или пищевые продукты
  • кварц, песок, гравий, минералы почвы, песчаник, камни, известняк, гранитный камень, почва, глина, отходы бетона, огнеупорные кирпичи и вода
  • песок:
    • в сушильной камере и солнечном воздухонагревателе--> сокращают время сушки и предотвращают повторное поглощение влаги ночью
    • увеличить площадь поверхности абсорбера и шероховатость
    • мелкий песок, окрашенный в черный цвет, с высокой удельной теплоемкостью и теплопроводностью
• Солнечная кулинария
• Концентрация солнечной энергии (CSP)
  • запустить блок питания
• Какой песок?
  • Примеси в кварце (должно быть менее 2%) --> меньшая плотность энергии
  • Глины, карбонаты и полевые шпаты--> агломерация, деградация / снижение удельной теплоемкости
    • Глины --> более высокая агломерация при 600°C
    • Карбонаты --> декарбонизация ниже 800°C--> потеря массы и изменение гранулометрического состава
    • Полевые шпаты --> стеклование при температуре ниже 1200°C--> агломерация --> воздействие на движение песка.
  • Требуется умеренная скорость охлаждения ~ 573°C
  • Ниже 1200°C --> кварц в кристобалит --> трещина в зерне
• Солнечная газификация
  • газификация: углеродсодержащие материалы (например, кокс, уголь, биомасса) -> топливо или химикаты
  • Традиционные методы: сжигание части этого сырья --> выработка тепла для газификации --> потеря материала и выбросы CO2
  • солнечная энергия--> нагревает материал (не нужно сжигать материалы)----> кварц: получает, передает и хранит тепло и является инертным (не реагирует с материалами) --> более высокое качество топлива и меньшие выбросы углерода
  • смешать углеродистые материалы с кварцем --> солнечное тепло поглощается и передается песку --> повысить температуру (1100) --> термическое разложение углеродистых материалов --> производство синтетического газа
  • требовать:
    • Высокая удельная теплоемкость и теплопроводность
  • Адиабатическое хранение энергии сжатого воздуха
    • Обычный: Избыточное электричество сжимает воздух -> хранится под землей -> природный газ требуется для повторного нагрева при необходимости
    • в песке: тепло, выделяемое при сжатии --> запасается --> повторно нагревается сжатый воздух, когда это требуется песку
      • Загрузка: Горячий воздух --> через теплообменник --> поток песка в противоположном направлении --> песок теплый, сжатый воздух холодный
      • Выпуск: холодный сжатый воздух --> через теплообменник --> горячий песок повышает температуру воздуха
      • КПД электрического цикла 69%
      • Высокая теплопроводность и удельная теплоемкость
• Солнечные фотоэлектрические/тепловые панели
  • PV-->небольшая доля излучения в электричество --> избыток в тепло --> ущерб
  • можно хранить в песке --> Охлаждает панели и предотвращает перегрев
  • например: песок пустыни и материалы с изменяемой фазой (например, н-октакозан) -> Песок пустыни лучше передает тепло
  • наиболее подходящий: высокая теплопроводность и удельная теплоемкость
• Солнечные пруды:
  • приложение:
    • Промышленное технологическое тепло
    • Опреснение
    • Отопление помещений
    • Генерация электроэнергии
    • Отопление теплиц
    • Добыча соли
  • Верхняя зона: вода с низкой соленостью--> изолятор
  • средняя зона (зона неконвекции или галоклин) --> градиент увеличения солености по мере увеличения глубины --> градиент плотности --> предотвращение образования конвекционных течений --> удержание тепла в нижнем слое
  • Нижняя зона: вода с высокой соленостью -> сохраняет солнечное тепло -> температура до 85°C (185°F) или выше
  • засыпка песка в нижний и окружающий нижний слой --> снижение теплопотерь (69%) и сохранение тепловой энергии
  • высокая теплопроводность и удельная теплоемкость песка
• Холодильники на солнечных батареях:
  • два металлических цилиндра --> заполненное песком пространство между ними, насыщенное водой
  • солнечная энергия -> испарение энергии для охлаждения -> эффективно, доступно, устойчиво
• Рекомендации по пробелам в исследованиях:
• Покрытия для кварцевого песка--> улучшают впитываемость, высокий механический износ и высокие температуры до 1000°C

  

Сравнительный анализ CFD материалов для хранения тепловой энергии в фотоэлектрических/тепловых панелях ^[5]

• Песок пустыни (обильный, устойчив к агломерации, выдерживает высокие температуры) и карбид кремния --> улучшенная теплопередача
• Это исследование: медная труба, содержащая поток воды в прямоугольном материале с изменяемой фазой (PCM), подвергается воздействию солнечной энергии, дополнительный поглощающий слой
• при различных уровнях солнечной радиации (от 150 до 1200 Вт/м2)
• песок пустыни: температура жидкости на границе выхода и максимальная температура матрицы ТЭС ближе --> лучшая теплопередача
• Соотношение между твердой фракцией PCM и солнечной радиацией:
• Песок пустыни сохраняет тепло --> 4500 секунд после отключения теплового потока
• n-октакозан сохраняет тепло в течение более длительного периода времени-> сохраняет и выделяет тепло в течение длительного периода времени-> лучше подходит для случаев, когда требуется выделение тепла в течение ночи

Экономически эффективное электротермическое хранение энергии для балансировки небольших систем возобновляемой энергии ^[6]

• Предполагает 100% преобразование электроэнергии в тепло
• количество электроэнергии (P), необходимое для зарядки накопителя энергии: P=mCp​ΔT​/t
  • m: масса теплоаккумулирующего материала
  • Cp: ​​средняя удельная теплоемкость
  • ΔT: разница температур во время зарядки
  • t: время, затраченное
• Тепловое в электрическое = ηth*эффективность (эффективность в песке~85%)
• Тепловая мощность = Выходная мощность/КПД преобразования тепла в электричество
• Время снижения температуры = Запасенная энергия/Уровень тепла

Оценка производительности песчаного накопителя энергии с использованием методологии поверхности отклика ^[7]

• Годовое потребление энергии: ~624 430 ТВт·ч
• Углеродный след от ископаемого топлива: 36,7 млрд тонн
• Спрос на возобновляемую энергию в 2019 году: 6890,7 ТВт·ч
• Ожидаемый рост на 2493 ТВт·ч в период с 2022 по 2025 гг.
• Типы систем TES:
  • Аккумулирование разумного тепла: просто и экономично.
  • Сохранение скрытого тепла: материалы с фазовым переходом.
  • Термоэлектрическое хранение: преобразование тепловой энергии в электрическую
  • Носители информации:
    • камни, вода, нефть, соль
    • Соль: должна быть ниже 600°C
    • Бетонные блоки: днем, ниже 500°C, изменения температуры во время разряда -> снижение эффективности цикла
    • ПЕСОК:
      • Высокая теплоемкость
      • Высокая теплопроводность
      • экономически эффективный
      • Долгосрочная стабильность
      • Нетоксичный и экологически чистый
      • Высокая температура
      • Оптимальный размер для теплопередачи 2–3 мм (больше: снижение эффективности теплопередачи, меньше: увеличение перепада давления -> больший объем теплообменника)
• Это исследование:
  • спиральная катушка из меди, вставленная в цилиндрический резервуар
  • Горячая входящая жидкость --> в змеевик при температуре до 200°C
  • Измерение теплопроводности: устройство KD2 Pro Decagon с одноигольчатым датчиком типа TR1 при 25°C
  • Измерение удельной теплоемкости: DSC-25, диапазон температур 25–200°C
  • Измерение удельного веса: 1 кг пустынного и пляжного песка высушивают до постоянной массы (при температуре 110 ± 5 ◦C), затем добавляют 6% влаги --> сушат в течение 15–19 часов.
• Результаты эксперимента:
  • РФА
    • Песок пустыни: 13 элементов, кальций 60,96%.
    • Пляжный песок: 11 элементов, кальций 86,9%.
  • удельная теплоемкость
    • увеличивается с температурой
    • Cp для пустыни-->выше
    • дегидратация гидроксида кальция, образовавшегося после термической обработки при 200°С
  • Плотность
    • Пляжный песок: плотнее
  • сценарий для моделирования:
    • Горячее масло--> при 100°C и скорости 0,01 м/с--> передача тепла песку при температуре 25°C, температура масла снижается--> температура песка и запасенная энергия увеличиваются
    • изменение температуры масла -> увеличение температуры песка и накопленной тепловой энергии
    • скорость масла и обороты катушки увеличиваются -> увеличивается запасенная энергия
    • общая запасенная энергия на кг песка-->6,348 кДж/кг после 8-часовой зарядки.
    • падение давления -->71,4 Па
    • Теплопроводность песка пустыни -->выше, чем у пляжного песка на 1,77%
    • Тепловое сопротивление пляжного песка --> на 29,3% выше по сравнению с песком пустыни

Улучшенная эффективная теплопроводность песчаного слоя в системах хранения тепловой энергии ^[8]

• Введение:
  • TES--> замена литий-ионным аккумуляторам в стационарных электросетевых хранилищах
  • Песок--> высокая термостойкость (температура плавления около 1700°C)
  • широкий диапазон температур-->Повышенная эффективность цикла Карно
  • песок Высокая удельная теплоемкость --> высокая плотность энергии, НО зернистая форма и точечный контакт между зернами --> низкая теплопроводность
  • Покрытие кварцевого песка -> улучшение поглощения солнечной энергии и термостабильности, а также повышение эффективности хранения энергии на 60–80 % по сравнению с необработанным песком.
  • Теплопроводность бентонитового песка--> увеличить путем добавления гранитного порошка
  • общие методы-->Прямое солнечное отопление и отопление путем псевдоожижения (циркуляция теплоносителей через теплообменники в песчаных слоях)
  • Смешивание различных материалов для хранения тепла -> улучшение свойств хранения
  • Потоки отходов-->экономичный вариант материалов
    • вырезать металлолом из металлоконструкций --> круговая экономика
• Это исследование:
  • Прямоугольный алюминиевый контейнер (высота 380 мм, длина 230 мм, ширина 380 мм) --> исследование тепловых свойств песчаного слоя
  • Два трубчатых нагревателя сопротивления (высота 298 мм, ширина 309 мм, диаметр 50 мм)--> на расстоянии 95 мм друг от друга в центре корпуса--> 2 кВт Блок управления включением/выключением и регулировкой температуры до 1000 °C
  • Термопары типа К --> между нагревателями (45 ±0,7 мм от каждого нагревателя) и на расстоянии 30 мм от нагревателей
  • Песчаная подушка --> подвержена воздействию воздуха (T ниже 26 °C) без изоляции
  • Сочетание песка и металлических побочных продуктов (повышает теплопроводность)
    • Коричневый кремнезем: кремнезем (SiO2), размер зерна от 0,06 до 0,2 мм, температура плавления 1713 °C, удельная теплоемкость 703 Дж/(кг⋅К), теплопроводность от 0,2 до 0,7 Вт/(м⋅К), насыпная плотность 1800 кг/м3
    • алюминий: длина от 15 до 20 мм, толщина 0,5 мм, ширина 1,5 мм, температура плавления 660 °C, удельная теплоемкость 897 Дж/(кг⋅К), теплопроводность 205 Вт/(м⋅К), плотность 2712 кг/м3
    • латунь: диаметр 0,25 мм, длина 4,5 мм, температура плавления от 900 до 940 °C, удельная теплоемкость 380 Дж/(кг⋅К), теплопроводность 113 Вт/(м⋅К), плотность от 8430 до 8730 кг/м3
    • смешанная металлическая стружка: 90% стали, 10% алюминия/ длина 10-15 мм, толщина 0,5 мм, ширина 1,5 мм/ Tm: 1370-1540 °C/ удельная теплоемкость 490 Дж/(кг⋅К)/ теплопроводность 50-70 Вт/(м⋅К) (зависит от сплава)/ плотность: 7850 кг/м³
  • T4: между стеной и электронагревателем/ T3: между двумя электронагревателями
  • температура поверхности достигает 500 °C в течение 30 мин.
  • T4: нагрев быстрее, чем T3, в первые 75 мин (на 17,5 мм ближе к источнику тепла), постоянная температура 350 °C через 3 ч, быстрое снижение температуры снаружи нагревательных элементов
  • T3: горячее, чем T4 через 80 мин, равна температуре поверхности нагревателей через 7 ч, менее быстрая потеря тепла в окружающую среду и тепловая ловушка/низкая теплопроводность, высокая теплоемкость песка --> Конечное запаздывание в T3
  • Проводимость песка: 0,114 Вт/(м⋅К)
  • Имитация времени зарядки: пять часов.
  • Слой латуни и песка: самая высокая эффективная теплопроводность/более высокая плотность и менее пористая структура--> более низкая теплопроводность, чем у алюминия
  • Алюминиевая стружка:
    • Более эффективно в однородной смеси: высокая теплопроводность
    • 20% алюминия: скорость нагрева в 1,7 раза выше, чем у чистого песка, и повышает стабильную температуру T4 --> более высокая эффективная теплопроводность
    • 10% и 5% алюминия нагревают в 1,36 раза и 1,18 раза чистый песок
    • Более высокое содержание алюминия: повышенная перколяция и больше взаимосвязей --> облегчает передачу тепла
    • Более низкая концентрация чипов: изоляция чипов, меньше токопроводящих путей и более низкая теплопроводность
    • увеличивает общий температурный градиент песчаного пласта
  • стружка из смешанного металла--> более низкая производительность: более высокое содержание стали (более низкая теплопроводность)
  • температура снаружи термопар: металлический композит--> Более высокая температура, чем у чистого песка
  • Металлическая стружка: легкий перенос тепла -> больше хранения
  • Цены на коммерческий металлолом в Финляндии -> Алюминий: 0,7 & Латунь: 3,1 & Нержавеющая сталь: 0,7

От отходов к ценности: использование отходов формовочного песка в качестве матричного материала для хранения тепловой энергии в композитах ^[9]

• Введение:
  • Отходы литейного песка (ЛФП) побочный продукт процессов литья металлов
  • Характеристики WFS: керамический состав, плотность, размер частиц (0,15 мм < D < 0,6 мм), удельная поверхность
  • Путь переработки WFS: ключевой материал для композитных материалов с изменяемой фазой для улавливания, хранения и повторного использования отходящего тепла
• Это исследование:
  • Материалы:
    • NaNO3, природные материалы, включая глину, полностью пригодные для вторичной переработки, бентонит в натриевой форме, отходы формовочного песка (материал матрицы CPCM, преобладающий компонент: SiO2 в количестве 87,91%, вторичные компоненты: Al2O3 в количестве 4,7%, Fe2O3 в количестве 0,94%), добавка X (?)
  • Изготовление:
    • Измельчение с помощью ступки и пестика (85–95% между 0,6 мм и 0,15 мм, равномерное распределение размера зерен)
    • Смесь для ручного перемешивания
    • Формование гранул размером 13 мм под давлением 60 МПа в течение 2 мин.
    • Спекание при 400 °C, 5 °C/мин в высокотемпературном
    • Охлаждение до комнатной температуры для придания структуре стабильной формы
  • Плохая когезия при массовом соотношении 70–30 (WFS-соль) -->нестабильность
  • Добавка X (?):
    • Тиксотропные свойства формируют гелеобразную матрицу с водой-> улучшение связывания частиц WFS
    • Повышает устойчивость CPCM к нагрузкам в процессе фазового перехода
  • Тесты:
    • Плотность песчинок: пикнометр на основе гелия, 2,51 ± 0,06 г/см³
    • Насыпная плотность: масса и объем (размеры) отдельных гранул, пористость, выведенная из отношения плотностей
    • Скрытая теплота, точка плавления, удельная теплоемкость: ДСК: Диапазон температур: от 20 до 400 °C, скорость изменения температуры: 10 °C/мин, алюминиевые тигли, окружающая воздушная среда, скорость потока газа: 100 мл/мин, сапфировый метод для удельной теплоемкости
    • Теплопроводность и диффузия: метод лазерной вспышки, ровные поверхности образцов, графитовое напыление, настройка расхода воздуха: 100 мл/мин, формула теплопроводности: λ = a(T)ρ(T)Cp(T)
    • ТГА: Вес образца: ~10 мг, платиновый тигель, Диапазон температур: от 25 до 500 °C, скорость нагрева: 10 °C/мин, окружающий воздух
    • Микроструктура и распределение размеров пор: рентгеновская нано-КТ, цилиндрические образцы: φ 2 × 15 мм, напряжение: 95 кВ, ток: 150 мкА, разрешение пикселей: 9,5 мкм, проекционные изображения с интервалом 0,1°, поворот на 180°, анализ данных: программное обеспечение Recon, программное обеспечение CTan
    • Коэффициент теплового расширения: Оптический дилатометр, Цилиндрические образцы: Диаметр ~13 мм, Нагрев: от температуры окружающей среды до 500 °C, скорость: 5 К/мин, воздушная среда
    • Прочность на сжатие
    • Протокол термоциклирования: повышение температуры до 400 °C, выдержка в течение 30 минут, понижение температуры до 270 °C, выдержка в течение 10 минут, всего 48 циклов, оценка структурной устойчивости и термической эффективности CPCM на основе соли WFS
    • ..... (обсуждение)
    • Плотность хранения энергии: 628 ± 27 кДж/кг для Na60, 567 ± 43 кДж/кг для Na55
    • Средняя теплопроводность: на 24% выше для Na60 (1,38 Вт/мК), чем для Na55 (1,08 Вт/мК), из-за более высокой пористости Na55
    • Прочность на сжатие: 141 МПа для Na60, 105 МПа для Na55, в зависимости от пористости и размера пор
    • Большая пористость благоприятствует КТР CPCM

Песчаная батарея для хранения тепла ^[10]

• Песок пустыни может хранить тепловую энергию до 1000 ℃
• на 400 ℃ выше расплавленной соли
• Расплавленная соль:
  • техническое обслуживание для предотвращения засорения
  • Необходимо внешнее тепло для поддержания температуры выше 260 °C
  • 28 000 тонн --> на 7,5 часов хранения
  • 25,2 млн долларов за носитель информации
• Это исследование:
  • В качестве источника тепла выбран электрический нагреватель
  • Тепло от нагревателя --> к теплообменнику через теплоноситель (масло)
  • Масло --> в масляном баке, перекачивается по трубам в теплообменник
  • Датчики температуры--> отслеживают изменение температуры песка
  • Загрузка: Песок нагревается до нужной температуры (150 °C)
  • Сохранение: сохранение тепловой энергии песка с течением времени
  • Разрядка:
    • Холодное масло --> через трубы для поглощения тепла песка
    • Термоэлектрический генератор--> тепловая энергия в электрическую энергию

Что такое «песчаная батарея»? ^[11]

• Первая коммерческая песчаная батарея: в Канкаанпяя, Западная Финляндия (макс. температура: 600 ℃, но может быть и выше) -> интегрирована в сеть централизованного теплоснабжения, эксплуатируемую Vatajankoski (поставщик экологически чистой энергии)
  • В жилых и коммерческих зданиях (дома и бассейны)
• Структура:
  • Изолированный силос из стального корпуса, заполненный песком и теплообменными трубами.
  • Компоненты автоматизации, клапаны, вентилятор, теплообменник или парогенератор.
• Обогрев:
  • Электроэнергия из сети или местное производство за счет ветра и солнца.
  • Взимается в периоды доступности чистой и дешевой электроэнергии.
  • Электрическая энергия --> нагревает воздух с помощью электрических резисторов --> через замкнутый воздуховод --> пропускает его через теплообменный трубопровод --> к тепловому аккумулятору
• Извлечение:
  • Продувка холодного воздуха через трубы -> нагревание
  • используется для преобразования воды в технологический пар/тепло для централизованного теплоснабжения в теплообменнике «воздух-вода».
• Сохраняют тепло в течение нескольких месяцев, обычно заряжаются и разряжаются в течение 2-недельных циклов
• Лучший диапазон использования при зарядке и разрядке от 20 до 200 раз в год.
• В «Энергии полярной ночи»:
  • 600 °C, 10 ГВт·ч, 100 МВт
  • 36% потребности в промышленном отоплении может быть обеспечено за счет песчаных батарей (сейчас они зависят от нефти и газа)
  • может сэкономить 100 Мт/год оксида углерода в 2030 году
  • может обеспечить электроэнергией около 10 000 человек
• 30% солнечной/ветровой энергии — прямое использование, 70% сохраняется в виде тепла, менее 10% требуется внешней энергии в течение всего года

Изменение климата: «Песчаная батарея» может решить большую проблему зеленой энергетики ^[12]

• Протяженная граница Финляндии с Россией и прекращение поставок газа и электроэнергии из-за вступления Финляндии в НАТО -->Опасения по поводу источников тепла и света в течение долгих холодных зим
• Первая в мире полностью рабочая песчаная батарея, установленная финскими исследователями-->разработана "Polar Night Energy"
• Электростанция на западе Финляндии --> 100 тонн песка внутри серого силоса
• Трудности с эффективным преобразованием накопленного тепла обратно в электричество.

Песчаная батарея для хранения тепла ^[13]

• Batsand: Тепловая батарея с генератором тепла и емкостью для песка.
• привозить горячий и свежий песок прямо домой
• Зарядка (с помощью солнечных панелей) летом -> отопление/охлаждение по мере необходимости
• потенциал возврата инвестиций через 4-6 лет
• объединить с солнечной панелью --> можно отключить от сети
  • Номинальная мощность: 1:14 кВт, 2:25 кВт
  • Емкость аккумулятора: 1: 12000 кВт·ч, 2: 21000 кВт·ч
  • Подходящий размер дома: 1: 300-600 м², 2: 500-1200
  • Размер: 1: 140 см x 72 см x 55 см, 2: 185 см x 85 см x 72 см
  • Вес: 1: 142 кг, 2: 174 кг

Как песчаная батарея может произвести революцию в области хранения энергии в домашних условиях ^[14]

• Университет Мичигана: 30% от общего потребления энергии в жилищном секторе США приходится на отопление (нагрев воды: 13%)
• Национальная лаборатория имени Лоуренса в Беркли, США: 1/5 энергии, производимой в США--> тепловая нагрузка зданий
• DRAKE посадка солнечного сообщества-->2012: 96%, 2015, 2016: 100% их годового отопления за счет солнечной энергии
• TES: хорошие показатели эффективности кругового перемещения (RTE) (% электроэнергии, направляемой в хранилище) -> 100% RTE: вся накопленная энергия может быть использована; термодинамически невозможно
• свинцово-кислотные:70%, литий-ионные:90%
• песок: низкая удельная теплоемкость, высокая плотность: большой запас тепла, отсутствие химических реакций: отсутствие необходимости в обслуживании, выше точки кипения воды
• нагреть песок с помощью солнца-->переехать в дом с воздухом
• задача: размер -> Batsand ($7700-увеличивается до $19000 с установкой, накапливает энергию с эффективностью 92% и RTE 94%) имеет небольшой размер (40 м^3), находится под землей--> здание 300-400 м^2, 10680 кВт/ч с +30 кВт солнечной энергии
• Newton Energy Solution (NES) ($5300-6400, 95% RTE)--> между TES и водонагревателем и буферным баком--> водонагреватель уже является TES (но не может преобразовывать тепло в электричество) объем воды 590 мм x 1650 мм (214 л)--> 20 кВт·ч (может нагреть 600 л водопроводной воды до 40 °C и 320 л--> 29 кВт·ч
• КПД падает до 50-70% при преобразовании тепла в электричество

НАГРЕВАТЕЛЬ ДЛЯ ПЕСОЧНОЙ БАТАРЕИ своими руками. Более 599f просто сделать ^[15]

• Оборудование:
  • Стальная ванна 30 л
  • водонагревательный элемент--> 300 Вт 12 В
  • Песок для игр (песок для игр)--> 5-8 кг
  • требуется вентилятор
  • ваттметр
• Метод:
  • Заполните наполовину
  • поместить элемент в центр
  • подключите измеритель мощности к элементному проводу
• через 40 мин--> 179°C, через 50 мин--> 290 °C

Система хранения энергии песка для водонагревателя

• Спрос на новые и эффективные материалы для хранения.
• Использование песка, имеющегося в изобилии в Иордании, в качестве материала для хранения.
• На юге Иордании преобладает кварцевый песок, содержащий от 95,5% до 98,31% SiO2.
• Удельная теплоемкость кварцевого песка: в среднем 830 Дж/кг°С
• Запас энергии пропорционален повышению температуры, удельной теплоемкости и массе среды.
• Солнечная радиация в Иордании:
  • Среднегодовое значение: 2080 кВтч/м2.
  • Более 300 солнечных дней в году.
  • Среднесуточная радиация: 5,7 кВтч/м2 при 8 часах солнечного сияния.
  • В июне и июле наблюдается наибольшее количество солнечных часов (почти 12 часов) и значение радиации (8,2 кВтч/м2).
  • Декабрь и январь --> наименьшая солнечная активность (5 часов/день) и самая низкая дневная радиация (2,9 кВтч/м2).
  • Оптимизация угла наклона от 10° до 60° увеличивает годовую радиацию до 2419 кВтч/м2.
  • Самый экономичный и эффективный угол наклона для установки фотоэлектрической системы в Иордании: 30°.
  • Годовая радиация под этим углом: 2330 кВтч/м2.
• Погода в Иордании:
  • Самый жаркий месяц: июль (средняя температура 25°C/77°F).
  • Самый холодный месяц: январь (средняя температура 8°C/46°F).
  • Параметры колебания температуры: от 31°C до 4°C в течение года.
  • Редкие случаи экстремальных температур: до 43°C и до -10°C в разных регионах Иордании.
  • Проектирование накопителя энергии для использования в качестве источника нагрева воды в ночное время.
  • Стандартная температура горячей воды: 70°C.
  • Средний расход горячей воды на человека в Иордании: 40 литров/день.
  • Средний размер домохозяйства в Иордании: 5 человек.
  • Общее количество воды для нагрева: 200 литров (округлено до 240 литров).
  • Масса воды: 240 кг.
  • Удельная теплоёмкость воды: 4,186 кДж/кг°С.
  • Требуемая температура: 80°C (включая погрешность).
  • Минимальная температура в январе: 5°C.
  • Разница температур (∆T): 75°C.
  • Требуемая энергия (Q):
    • Q=m×Cp​×ΔT=240кг×4,186кДж/кг°C×75°C=75,348кДж
  • Наименьшее количество солнечных часов в день в декабре: 5 часов.
  • Наименьшее среднесуточное значение солнечной радиации в декабре: 2,9 кВтч/м².
  • Потребность в энергии: 75 500 кДж --> 20,98 кВтч.
• Кварцевый песок
  • Теплопроводность: 0,33 Вт/м°С.
  • Средняя теплоемкость: 0,83 кДж/кг°С
  • ∆Т: 75°С
  • m=Q/Cp​×ΔT​-->m=1,213 кг.
  • Плотность кремнезема: 1522 кг/м³ --> V= 1 м3
• Проектирование системы
  • Резервуар для хранения
  • Теплообменник
    • Д= 60 см и В= 0,9 м
    • вход сверху, выход снизу

Калькулятор солнечной энергии для Лондона, Онтарио, Канада ^[16]

• Среднегодовое количество солнечной радиации в Лондоне, Онтарио: 1547,32 кВтч/м2
• среднесуточная радиация: 4,232 кВтч/м2
• Месяцы с наибольшим количеством солнечных дней: июнь 9,6 ч и 6,08 кВт·ч/м2, июль 10,1 ч и 6,11 кВт·ч/м2
• Наименьшая солнечная активность: янв. 2,3 ч. и 1,97 кВт·ч/м2, дек. 2,7 ч. и 1,67 кВт·ч/м2

Климат и ежемесячный прогноз погоды, Лондон, Канада ^[17]

• Средняя температура в самый жаркий месяц: 25,5
• Средняя температура в самый холодный месяц: -8,2

Данные страницы

Авторы	Марьям Моттаги
Лицензия	CC-BY-SA-4.0
Язык	Английский (en)
Переводы	китайский , французский , вьетнамский
Связанный	3 подстраницы , 4 страницы ссылка здесь
Влияние	297 просмотров страниц ( еще )
Созданный	14 мая 2024 г. Автор: Марьям Моттаги
Последнее изменение	3 июня 2024 г. от StandardWikitext bot
Цитировать как	Maryam Mottaghi (2024). "Sand Battery" . Appropedia . Получено 20 сентября 2024 г. .
API-запросы	базовый , семантический , html , файлы , больше