Hoge temperatuur energieopslag neemt een steeds prominentere rol aan binnen de inspanningen van de grote industrie om te verduurzamen. Deze opslagfaciliteiten zijn niet alleen in staat om piekbelastingen te verminderen, maar bieden ook mogelijkheden voor verbeterd hergebruik van reststromen binnen de fabriek. Daarnaast brengt het zowel economische als technische voordelen met zich mee door bijvoorbeeld te profiteren van lagere piektarieven tijdens het opladen. Kortom, Hoge Temperatuur Opslag wordt een onmisbaar instrument in de strategieën van industrieën die streven naar duurzaamheid en efficiëntie.
Om de haalbaarheidsstudies voor de implementatie van Hoge Temperatuur Opslag (HTO) in de industriële sector te vereenvoudigen, is een afstudeerder werktuigbouwkunde momenteel bezig met het updaten van de kennis tot op heden en het verwerken ervan in een tool. Het doel hiervan is om uiteindelijk meer studies uit te kunnen voeren en HTO’s in plaats van de momenteel vaak gevraagde accupakketten als een bekendere en toepasbaardere optie te positioneren, om te profiteren van de voordelige tarieven tijdens daluren. In dit onderzoek wordt Hoge Temperatuur gedefinieerd als 120 graden Celsius of hoger.
De kennisbank wordt geüpdatet door de ontwikkelingen in verschillende methoden te analyseren. Bij de voorgaande kennisupdate waren voelbare installaties het meest ontwikkeld, terwijl er wel onderzoek is geweest naar latente methoden. Wat betreft chemische methoden was er nog weinig vooruitgang geboekt.
Op het gebied van chemische opslag zijn de methoden nog steeds niet ver ontwikkeld voor hoge temperaturen in de procestechnologie. Chemische opslag is niet stabiel genoeg voor de operationele activiteiten van een plant en vereist vaak nog steeds toevoeging van waterstof, wat het systeem complexer maakt. Het grote voordeel van chemische opslag is echter de hoge efficiëntie en de langdurige energieopslag (1 jaar of langer).
Voordelen:
· Hoge energiedichtheid: chemische reacties kunnen grote hoeveelheden energie opslaan in kleine volumes;
· Langdurige opslag: sommige chemische reacties kunnen energie langdurig opslaan zonder significant energieverlies;
· Flexibiliteit: verschillende chemische reacties kunnen worden gebruikt, afhankelijk van de toepassing en de beschikbaarheid van materialen.
Nadelen:
· Kosten: chemische reactoren en materialen kunnen duur zijn om te produceren en te onderhouden;
· Complexiteit: het beheren van chemische reacties en de bijbehorende systemen kan ingewikkeld zijn en vereist vaak specifieke expertise;
· Milieueffecten: sommige chemische reacties kunnen schadelijke bijproducten genereren, wat milieuproblemen kan veroorzaken.
Binnen de categorie van latente methoden wordt steeds vaker onderzocht hoe Phase Changing Materials aangepast kunnen worden voor hogere temperaturen. Echter blijven deze temperaturen vaak onder de 180 graden, wat hun toepassingsmogelijkheden beperkt. Bovendien worden latente methoden geplaagd door problemen zoals stabiliteit, corrosiegevoeligheid en hoge kosten. De faseverandering vereist aanzienlijke hoeveelheden energie, waardoor het proces meer capaciteit heeft over voelbare opslag. Tijdens deze faseverandering verandert vaak ook de dichtheid, wat onder andere een oorzaak kan zijn van de instabiliteit.
Voordelen:
· Hoge energieopslagdichtheid: latente warmte kan worden opgeslagen met een hoge dichtheid, waardoor het een efficiënte opslagmethode is;
· Constante temperatuur tijdens faseovergang: latente warmteopslag vindt plaats tijdens faseveranderingen, waardoor de temperatuur constant blijft tijdens het laden en ontladen;
· Herbruikbaarheid: materialen voor latente warmteopslag kunnen meerdere cycli van faseverandering ondergaan zonder kwaliteitsverlies.
Nadelen:
· Beperkt temperatuurbereik: latente warmteopslag is beperkt tot de temperatuur waarbij de faseverandering plaatsvindt, wat de toepassingen kan beperken;
· Selectie van materialen: het vinden van geschikte materialen met de juiste faseveranderingskenmerken kan uitdagend zijn;
· Kosten: latente warmteopslagmaterialen kunnen duur zijn om te produceren en te implementeren.
Een van de meest eenvoudige methoden om warmte op te slaan is voelbaar. Bij deze aanpak wordt een materiaal eenvoudigweg verwarmd, waarbij de warmte-energie wordt geabsorbeerd zonder veranderingen in fase, structuur of chemische samenstelling. Dit resulteert in een uiterst stabiel en betrouwbaar systeem. Bovendien kunnen voor dit systeem relatief eenvoudige en goedkope materialen worden gebruikt, wat de kosten laag houdt. De maximale temperatuur wordt bepaald door het smeltpunt van het materiaal, dat bij materialen zoals zand en gesteente zeer hoog ligt. Vanwege de hoge betrouwbaarheid en lage kosten blijft dit nog steeds de meest ontwikkelde technologie voor HTO.
Voordelen:
· Eenvoudige technologie: voelbare warmteopslag maakt gebruik van conventionele warmteopslagmaterialen zoals water en olie, waardoor het systeem eenvoudig en kosteneffectief kan zijn;
· Brede toepasbaarheid: voelbare warmteopslag kan worden toegepast in een breed scala aan temperatuurbereiken en toepassingen;
· Betrouwbaarheid: het gebruik van bekende materialen en technologieën kan de betrouwbaarheid van voelbare warmteopslagsystemen vergroten.
Nadelen:
· Lagere energiedichtheid: voelbare warmteopslag heeft over het algemeen een lagere energieopslagdichtheid in vergelijking met latente en chemische opslag;
· Thermische verliezen: voelbare warmteopslag kan gevoelig zijn voor thermische verliezen tijdens opslag en distributie;
· Grootte: vanwege de lagere energiedichtheid kunnen voelbare warmteopslagsystemen grotere volumes vereisen voor dezelfde opslagcapaciteit in vergelijking met andere methoden.
Bij het verstrekken van advies is het essentieel dat het advies ook daadwerkelijk uitvoerbaar is. Daarom is ervoor gekozen om de tool te ontwikkelen met een uitgebreide database van leveranciersparameters, waardoor een realistischer beeld kan worden geschetst. Naast het materiaal is ook de structuur van de opslagfaciliteit cruciaal voor de prestaties die het zal leveren bij implementatie.
Meer weten over dit project? Neem contact op met Sam Elties of Eva Juffermans.
