열에너지 스토리지

Thermal energy storage
니더오스트리아 크렘스안데르도나우 인근 테이스에서 2GWh의 열용량을 가진 지역 난방 축적탑
2017년 이탈리아 남부 티롤의 보젠-볼자노에서 출범한 열에너지 스토리지 타워.
해가 진 후에 출력을 제공할 수 있도록 효율적인 열 에너지 저장을 제공하는 소금 탱크의 건설과 수요 [2]요건을 충족하도록 출력을 예약할 수 있습니다.280 MW Solana Generating Station은 6시간의 에너지 저장을 제공하도록 설계되었습니다.이를 통해 발전소는 1년 [3]동안 정격 용량의 약 38%를 생산할 수 있다.

열에너지 스토리지(TES)는 다양한 테크놀로지로 실현됩니다.특정 기술에 따라 개별 프로세스, 빌딩, 다중 사용자 빌딩, 지구, 마을 또는 지역에 이르기까지 몇 시간, 며칠, 몇 달 후에 여분의 열에너지를 저장하고 사용할 수 있습니다.사용 예로는 주간과 야간 에너지 수요의 균형 조정, 겨울 난방용 여름 열 저장, 여름 냉방용 겨울 추위(계절 열 에너지 저장) 등이 있습니다.저장 매체에는 물 또는 얼음 슬러시 탱크, 시추공을 통해 열 교환기로 접근되는 토양의 덩어리 또는 암반, 불투수층 사이에 포함된 깊은 대수층, 자갈과 물로 채워지고 상부에 단열된 얕고 라이닝된 피트, 공정 용액 및 상변화 [4][5]물질이 포함됩니다.

저장용 열에너지의 다른 원천으로는 비피크의 저비용 전력에서 나오는 열펌프로 생산되는 열 또는 냉간, 피크 삭발이라 불리는 관행, 복합 열 및 전력(CHP) 발전소에서 나오는 열, 그리드 수요를 초과하는 재생 가능한 전력 에너지 및 산업 공정에서 나오는 폐열 등이 있습니다.계절적 및 단기적으로 열 저장은 가변 재생 전력 [6][7][8]생산의 높은 점유율과 재생 에너지로 공급되는 에너지 시스템의 전기 및 난방 부문의 통합을 저렴하게 균형 있게 유지하는 중요한 수단으로 간주된다.

분류

다양한 종류의 열에너지 저장소는 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 즉, 체감열, 잠열 및 열화학 열 저장입니다.이들 각각은 어플리케이션을 결정하는 장점과 단점을 가지고 있습니다.

합리적인 열 저장 장치

SHS(Sensible Heat Storage)는 가장 간단한 방법입니다.그것은 단순히 일부 매질의 온도가 상승하거나 하락한다는 것을 의미한다.이러한 유형의 스토리지는 다른 스토리지들은 아직 연구 개발 중이기 때문에 세 가지 중 가장 상업적으로 이용 가능합니다.

재료는 일반적으로 저렴하고 안전합니다.가장 저렴하고 일반적으로 사용되는 옵션 중 하나는 물탱크이지만, 용융염이나 금속과 같은 물질은 더 높은 온도로 가열될 수 있기 때문에 더 높은 저장 용량을 제공합니다.또한 에너지는 지하 탱크 또는 파이프 시스템을 흐르는 일종의 열전달 유체(HTF)에 U자형(보어홀) 또는 트렌치에 수직으로 배치되어 지하(UTES)에 저장될 수 있습니다.그러나 다른 시스템은 포장된 바닥(또는 조약돌 바닥) 저장 장치로 알려져 있는데, 이 저장 장치는 일부 유체, 보통 공기가 느슨하게 포장된 물질(보통 바위, 조약돌 또는 세라믹 벽돌)을 통해 열을 추가하거나 추출합니다.

SHS의 단점은 저장 매체의 속성에 의존한다는 것입니다.저장 용량은 특정 열에 의해 제한되며, 일정한 [9]온도에서 에너지를 추출할 수 있도록 시스템을 적절하게 설계해야 합니다.

용융염 기술

녹은 소금의 감각적인 열은 높은 온도에서 태양 에너지를 저장하는 데에도 사용됩니다.이를 용융염 기술 또는 용융염 에너지 저장소(MSES)라고 합니다.용융염은 열에너지를 유지하는 열에너지 저장방법으로 사용할 수 있다.현재, 이것은 집중 태양광 발전으로 모아진 열을 저장하기 위해 상업적으로 사용되는 기술이다(예: 태양 전지탑 또는 태양 트로프).열은 나중에 과열된 증기로 변환되어 기존 증기 터빈에 전력을 공급하고 나중에 전기를 생산할 수 있습니다.1995-1999년 솔라 2호 프로젝트에서 입증되었다.2006년의 추정에서는, 열을 [10][11][12]전기로 직접 변환하는 것에 비해, 열을 전기로 변환하기 전에 저장함으로써 유지되는 에너지를 참조해, 연간 효율이 99%가 될 것이라고 예측했습니다.다양한 염류의 다양한 공정 혼합물이 사용된다(예: 질산나트륨, 질산칼륨, 질산칼슘).이러한 시스템에 대한 경험은 열수송 유체로서 화학 및 금속 산업의 비태양 응용 분야에서 존재합니다.

소금은 131°C(268°F)에서 녹습니다.단열된 "냉" 저장 탱크에 액체를 288°C(550°F)로 보관합니다.액체 소금은 태양 집열기의 패널을 통해 펌핑되며, 여기에서 집중된 태양이 566°C(1,051°F)로 가열됩니다.그런 다음 뜨거운 저장 탱크로 보내집니다.탱크를 적절히 단열하면 최대 [13]일주일 동안 열에너지를 유용하게 저장할 수 있습니다.전기가 필요할 때, 뜨거운 용융 소금을 기존의 증기 발전기에 펌핑하여 석탄, 석유, 원자력 발전소에서 사용되는 기존의 터빈/발전기 세트를 구동하기 위한 과열 증기를 생산합니다.100메가와트 터빈은 이 설계로 4시간 동안 주행하려면 높이 약 9.1m(30ft)와 직경 24m(79ft)의 탱크가 필요합니다.

차가운 용융염과 뜨거운 용융염을 모두 담을 수 있는 칸막이 판이 있는 단일 탱크가 [14]개발 중입니다.용융염 저장 탱크는 구조가 복잡하기 때문에 비용이 많이 들기 때문에 이중 탱크 시스템보다 단위 부피당 열 저장 공간을 100% 더 많이 확보하여 경제성이 더 높습니다.상변화물질(PCM)은 용융염 에너지 [15]저장소에도 사용되며, 높은 다공성 매트릭스를 사용하여 형상 안정화 PCM을 얻는 연구는 현재 [16]진행 중입니다.

대부분의 태양광 발전소는 이 열 에너지 저장 개념을 사용합니다.미국의 Solana Generating Station은 녹은 소금에 6시간 분량의 발전용량을 저장할 수 있다.2013년 여름 스페인의 제마솔라 서모솔라 태양광 발전 타워/몰텐 솔트 공장은 36일 동안 [17]하루 24시간 연속 전기를 생산하여 최초의 성과를 달성했습니다.2021년 6월 문을 연 세로 도미나도 태양광 발전소는 17.5시간 동안 열을 [18]저장할 수 있다.

탱크 또는 암석 동굴 내 열 저장

다음 항목도 참조하십시오.증기 축열조

증기 축압기는 온수와 압력에 의한 증기를 포함하는 절연강제 압력탱크로 구성됩니다.축열 장치로서 가변적인 열 수요로부터 가변적이거나 안정된 소스로 발열을 매개하는 데 사용된다.증기 축열기는 태양열 에너지 프로젝트에서 에너지 저장에 중요한 역할을 할 수 있다.

다음 항목도 참조하십시오.저탕 탱크

북유럽 국가에서는 대형 상점이 며칠 동안 열을 저장하고, 열과 전력 생산을 분리하며, 피크 수요를 충족시키기 위해 널리 사용되고 있습니다.핀란드에서는 동굴의 계절 간 저장에 대해 조사했으며 경제적이며[19] 난방에 중요한 역할을 하는 것으로 보입니다.헬렌 Oy는 26만 m3이어야 물 Mustikkamaa(완전히 또는 제대 4일 후에 용량에서 충전된)에서 2021년의 첨두 production/demand의 날을 상쇄하기 위해 운영 탱크;[20]Kruunuvuorenranta(Laajasalo 근처에)에서 해수면 속 30만 m3락 caverns 50m20으로 지정된 11.6GWh용량과 120MW급 화력 출력으로 추산하고 있다.18일까지여름에는 따뜻한 바닷물로부터 열을 저장하고 겨울에는 지역 [21]난방을 위해 방출한다.

핫실리콘 테크놀로지

고체 또는 용융된 실리콘은 소금보다 저장 온도가 훨씬 높아 용량과 효율성이 높습니다.보다 에너지 효율이 높은 스토리지 테크놀로지로서 연구되고 있습니다.실리콘보다 1MWh 세제곱 미터 당 에너지의 1400°C에서 저장할 수 있다.실리콘의 추가적인 장점은 상대 존재비는 소금이 동일한 목적으로 사용한 것에 비해,[22][23]

녹은 실리콘 열 에너지 스토리지는 현재 호주 회사 1414도(Degreates)가 열과 전력(열병합) 출력을 결합한 보다 에너지 효율적인 스토리지 기술로 개발 중입니다.

용융 알루미늄

열에너지를 저장할 수 있는 또 다른 매체는 용해된(재순환된) 알루미늄입니다.이 기술은 스웨덴 회사 아젤리오에 의해 개발되었습니다.재료는 섭씨 600도까지 가열됩니다.필요한 경우 에너지는 열 전달 오일을 사용하여 스털링 엔진으로 전달됩니다.

뜨거운 바위 또는 콘크리트 내 열 저장

물은 4.2kJ/(kgkK)로 열 용량이 가장 높은 반면, 콘크리트는 그 1/3을 차지한다.반면 콘크리트는 전기 가열과 같이 훨씬 높은 온도(1200°C)까지 가열할 수 있으므로 전체 부피 측정 용량이 훨씬 높습니다.따라서 아래 예에서 약 2.8m의3 절연 큐브는 단일 주택이 난방 수요의 50%를 충족하기에 충분한 저장 공간을 제공하는 것으로 보입니다.이는 원칙적으로 고온에 도달하는 전기 가열의 능력으로 인해 남는 바람이나 태양열을 저장하는 데 사용될 수 있다.인근 지역에서는 독일 남부 프리드리히샤펜의 비겐하우젠-수트 태양광 개발이 국제적인 주목을 받고 있다.이는 12,000m3(420,000cuft)의 철근 콘크리트 열 저장소로 4,300m2(46,000평방피트)의 태양열 집열기와 연결되어 있으며, 570가구에 난방과 온수의 약 50%를 공급하게 됩니다.Siemens-Gamesa는 함부르크 근처에 현무암 750°C와 1.5MW의 전기 [24][25]출력으로 130MWh의 열 저장소를 건설했습니다.덴마크 소뢰에서도 유사한 시스템이 예정되어 있으며, 18MWh의 저장된 열 중 41–58%가 마을 지역 난방으로, 30–41%가 [26]전기로 환원되었다.

잠열 저장소

잠열저장장치(LHS)는 상전이와 관련되어 있기 때문에 관련 매체의 일반적인 용어는 상변화물질(PCM)입니다.이러한 전이 동안 재료의 온도에 영향을 주지 않고 열을 추가하거나 추출할 수 있어 SHS 기술에 비해 유리합니다.스토리지 용량도 종종 더 높습니다.

염류, 폴리머, 젤, 파라핀 왁스 및 금속 합금 등 다양한 PCM(추진 제어 모듈)을 사용할 수 있습니다. 각각 다른 특성을 가집니다.이것에 의해, 보다 타겟 지향적인 시스템 설계가 가능하게 됩니다.공정은 PCM의 용해점에서 등온이기 때문에 원하는 온도 범위를 갖도록 재료를 선택할 수 있습니다.바람직한 품질에는 높은 잠열과 열전도율이 포함됩니다.또, 상전이시의 부피변화가 작으면, 기억 유닛을 보다 콤팩트하게 할 수 있다.

PCM(추진 제어 모듈)은 유기, 무기 및 공정 재료로 세분화됩니다.유기 PCM에 비해 무기 재료는 인화성이 낮고 가격이 저렴하며 널리 사용할 수 있습니다.또, 스토리지 용량과 열전도율도 향상하고 있습니다.반면 유기 PCM은 부식성이 적고 상분리되기 쉽습니다.공정 재료는 혼합물이기 때문에 특정 특성을 얻기 위해 더 쉽게 조정되지만 잠열 및 비열 용량이 낮다.

LHS의 또 다른 중요한 요인은 PCM의 캡슐화입니다.일부 재료는 다른 재료보다 침식 및 누출 가능성이 높습니다.불필요한 [9]열 손실을 방지하기 위해 시스템을 신중하게 설계해야 합니다.

혼합성 갭 합금 기술

혼합성 갭 합금은 열에너지를 [28]저장하기 위해 금속 재료(잠열 참조)의 위상 변화에 의존합니다.

용융염 시스템에서처럼 탱크 간에 액체 금속을 펌핑하는 대신 금속은 합금할 수 없는(불용성) 다른 금속 물질에 봉입됩니다.선택한 두 가지 재료(상변화 재료 및 캡슐화 재료)에 따라 저장 밀도는 0.2~2 MJ/L가 될 수 있습니다.

작동 유체(일반적으로 물 또는 증기)는 열을 시스템 내부 및 외부로 전달하는 데 사용됩니다.혼합성 갭 합금의 열전도율은 경쟁 기술보다[29][30] 높은 경우가 많아(최대 400W/(mµK)), 열 저장소의 "충전" 및 "배출"이 더 빨라집니다.그 기술은 아직 대규모로 구현되지 않았다.

얼음 기반 기술

주요 기사:얼음 저장 공조

비수기 동안 얼음이 생성되어 나중에 냉각을 위해 사용되는 몇 가지 응용 프로그램이 개발되고 있습니다.예를 들어, 밤에 저비용의 전기를 사용하여 물을 얼음으로 얼린 다음 오후에 얼음의 냉각 용량을 사용하여 에어컨 수요를 처리하는 데 필요한 전기를 줄임으로써 에어컨을 보다 경제적으로 제공할 수 있습니다.얼음을 이용한 열 에너지 저장은 물의 융해로 인한 큰 열을 이용한다.역사적으로 얼음은 냉각수로 사용하기 위해 산에서 도시로 운반되었다.물 1톤(= 1입방미터)은 3억 3,400만 줄(MJ) 또는 317,000 BTU(93kWh)를 저장할 수 있습니다.비교적 작은 저장 시설은 큰 건물을 하루 또는 일주일 동안 냉각하기에 충분한 얼음을 저장할 수 있다.

직접 냉각 용도로 얼음을 사용하는 것 외에도 히트 펌프 기반 난방 시스템에도 사용되고 있습니다.이러한 애플리케이션에서 상변화 에너지는 수원 열 펌프가 작동할 수 있는 최저 온도 범위에 가까운 매우 중요한 열 용량 층을 제공합니다.이를 통해 시스템은 가장 무거운 난방 부하 조건을 견뎌낼 수 있으며, 소스 에너지 요소가 시스템에 열을 다시 공급할 수 있는 시간을 연장할 수 있습니다.

저온 에너지 저장소

주요 기사:저온 에너지 저장소

저온 에너지 저장소는 에너지 저장소로 공기 또는 질소의 액화를 사용합니다.

액체 공기를 에너지 저장소로 사용하고, 낮은 등급의 폐열을 사용하여 공기의 열적 팽창을 촉진하는 저온 에너지 시스템을 2010년 [31]영국 슬로프 발전소에서 가동했습니다.

열화학 축열

열화학축열(TCS)은 열화학물질(TCM)과 일종의 가역적인 발열/내온 화학반응을 수반하며, 반응물질에 따라서는 LHS보다 더 큰 저장용량을 제공할 수 있다.

TCS의 한 종류에서는 특정 분자를 분해하기 위해 열이 가해진다.그런 다음 반응 생성물을 분리했다가 필요할 때 다시 혼합하여 에너지를 방출합니다.예를 들어 산화칼륨의 분해(2.1MJ/kg의 열분해), 산화납(300-350°C, 0.26MJ/kg 이상), 수산화칼슘(450°C 이상, 아연 또는 알루미늄을 첨가하여 반응 속도를 높일 수 있음) 등이 있습니다.염화니트로실 광화학 분해도 사용할 수 있으며 광자가 필요하기 때문에 태양 [9]에너지와 짝을 이룰 때 특히 효과가 좋다.

흡착(또는 흡착) 태양열 가열 및 저장

흡착 과정도 이 범주에 속합니다.열 에너지 저장뿐만 아니라 공기 습도 조절에도 사용할 수 있습니다.제올라이트(미립 결정성 알루미나 규산염)와 실리카겔이 이 목적에 매우 적합합니다.고온 다습한 환경에서는 이 기술을 염화리튬과 결합하여 물을 식히는 경우가 많습니다.

Linde 13X와 같은 물 흡착제와 같은 합성 제올라이트의 저비용(200/t)과 고사이클레이트(2,000X)는 최근 특히 저급 태양광 및 폐열용 열 에너지 저장 장치(TES)에 대한 학술적 및 상업적 관심을 끌고 있습니다.2000년부터 현재(2020년)까지 EU에서 몇 가지 파일럿 프로젝트가 자금을 지원받고 있다.제올라이트에 태양열을 화학적 잠재 에너지로 저장하는 것이 기본 개념이다.일반적으로 평판형 태양열 집열기에서 나오는 고온 건조한 공기는 제올라이트 층을 통해 흐르게 되어 있는 모든 물 흡착물이 배출됩니다.저장량은 제올라이트의 부피와 태양열 패널의 면적에 따라 주간, 주간, 월간 또는 계절에 따라 달라질 수 있습니다.밤이나 태양이 없는 시간, 또는 겨울에 열을 요청하면, 가습된 공기가 제올라이트를 통해 흐릅니다.습도가 제올라이트에 흡착되면 공기에 열이 방출되고 그 후 건물공간에 열이 방출된다.이런 형태의 TES는 1978년 [32]게라에 의해 처음 가르쳤다.용융염 및 기타 고온 TES에 비해 장점은 (1) 필요한 온도가 태양열 평판형 집열기의 전형적인 정체 온도일 뿐이고 (2) 제올라이트를 건조 상태로 유지하는 한 에너지가 무한히 저장된다는 것이다.저온과 흡착의 잠열로서 에너지를 축적해, 용융염 저장 시스템의 절연 요건을 배제하기 때문에, 코스트가 큰폭으로 삭감된다.

소금 하이드레이트 기술

화학 반응 에너지에 기초한 실험 저장 시스템의 한 예는 소금 하이드레이트 기술입니다.이 시스템은 소금이 수화되거나 탈수될 때 생성되는 반응 에너지를 사용합니다.50% 수산화나트륨(NaOH) 용액이 들어 있는 용기에 열을 저장하는 방식으로 작동합니다.열(예를 들어 태양열 집열기 사용)은 물을 흡열 반응으로 증발시킴으로써 저장된다.물을 다시 넣으면 50°C(120°F)에서 발열 반응으로 열이 방출됩니다.현재의 시스템은 60%의 효율로 동작합니다.건조된 소금은 에너지 손실 없이 상온에서 장기간 저장될 수 있기 때문에 이 시스템은 계절적 열 에너지 저장에 특히 유용합니다.탈수된 소금이 든 용기는 다른 곳으로 운반될 수도 있다.이 시스템은 물에 저장된 열보다 높은 에너지 밀도를 가지고 있으며, 시스템의 용량은 몇 개월에서 몇 [33]년까지 에너지를 저장하도록 설계할 수 있습니다.

2013년 네덜란드 기술 개발업체 TNO는 소금 용기에 열을 저장하는 BIRTS 프로젝트의 결과를 발표했습니다.옥상에 있는 태양열 집열기에서 나오는 열은 소금에 포함된 물을 배출한다.물이 다시 추가되면 열은 거의 에너지 손실 없이 방출됩니다.몇 입방미터의 소금이 담긴 용기는 겨울 내내 집을 데우기에 충분한 열화학적 에너지를 저장할 수 있다.네덜란드와 같은 온대 기후에서 평균 저에너지 가정은 겨울당 약 6.7GJ를 필요로 한다.이 에너지를 물(70°C 온도 차이에서)에 저장하기 위해서는 23m3 단열수 저장이 필요하며, 이는 대부분의 가구의 저장 능력을 초과한다.저장 밀도가 약 1GJ/m인3 소금 하이드레이트 기술을 사용하면 4-8m이면3 [34]충분할 수 있다.

2016년 현재, 여러 나라의 연구원들은 최고의 소금, 즉 소금 혼합물을 결정하기 위한 실험을 하고 있다.용기 내의 저압은 에너지 [35]수송에 유리한 것으로 보입니다.특히 유망한 것은 이온 액체라고 불리는 유기 소금이다.리튬 할로겐화물 기반 흡수제에 비해 한정된 글로벌 자원 측면에서 문제가 적으며, 대부분의 다른 할로겐화물 및 수산화나트륨(NaOH)에 비해 부식성이 적고 CO [36]오염의 부정적인2 영향을 받지 않습니다.

분자 결합

에너지를 분자 결합에 저장하는 것이 연구되고 있다.리튬 이온 배터리와 동등한 에너지 밀도가 달성되었습니다.[37]이것은 DSPEC(dys-sensitized 광전기합성 셀)에 의해 수행되었습니다.이것은 낮에 태양 전지판에 의해 획득된 에너지를 야간(또는 나중에)에 사용할 수 있도록 저장할 수 있는 전지입니다.그것은 잘 알려진 자연 광합성의 징후를 취함으로써 고안되었다.

DSPEC은 획득된 태양 에너지를 사용하여 물 분자를 원소로 분할하여 수소 연료를 생성한다.이 분열의 결과로 수소가 분리되고 산소가 공기 중에 방출된다.이것은 실제보다 더 쉽게 들린다.물 분자의 4개의 전자는 분리되어 다른 곳으로 운반되어야 한다.또 다른 어려운 부분은 두 개의 분리된 수소 분자를 합치는 과정이다.

DSPEC은 분자와 나노 입자의 두 가지 요소로 구성됩니다.이 분자는 채광자-촉매 조립체라고 불리며 햇빛을 흡수하고 킥으로 촉매를 시작합니다.이 촉매는 전자와 물 분자를 분리한다.나노 입자는 얇은 층으로 조립되고 단일 나노 입자는 많은 색소촉매를 가지고 있습니다.이 얇은 나노 입자 층의 기능은 물에서 분리된 전자를 옮기는 것이다.이 얇은 나노입자 층은 이산화티타늄 층으로 덮여 있다.이 코팅으로 자유전자가 더 빨리 전달되어 수소를 만들 수 있다.이 코팅은 다시 발색단 촉매와 나노 입자 사이의 연결을 강화하는 보호 코팅으로 코팅됩니다.

이 방법을 사용하여, 태양 전지판에서 얻은 태양 에너지는 소위 온실 가스를 방출하지 않고 연료로 전환된다.이 연료는 연료 전지에 저장될 수 있으며 나중에 [38]전기를 생산하는 데 사용됩니다.

대부분의.

전기와 열 생산을 위해 태양 에너지를 저장하는 또 다른 유망한 방법은 소위 '분자 태양 열 시스템'이다.이 접근방식으로 분자는 광이성화에 의해 고에너지 이성체로 변환된다.광이성화는 하나의 (cis-trans) 이성체가 빛(태양 에너지)에 의해 다른 이성체로 변환되는 과정이다.이 이성체는 (이성체가 원래 이성체로 변환되는 것보다) 열 트리거 또는 촉매에 의해 에너지가 방출될 때까지 태양 에너지를 저장할 수 있습니다.이러한 MOST의 유망한 후보는 Norbornadienes(NBD)입니다.이는 NBD와 쿼드리시클레인(QC) 광이성체 사이에 높은 에너지 차이가 있기 때문입니다.이 에너지 차이는 약 96kJ/mol입니다.또한 이러한 시스템의 경우 기증자-수용체 치환은 가장 긴 파장 흡수를 적시프트하기 위한 효과적인 수단을 제공하는 것으로 알려져 있다.이것은 태양 스펙트럼 매치를 개선한다.

유용한 MOST 시스템의 중요한 과제는 만족스러운 높은 에너지 저장 밀도(가능한 경우 300kJ/kg 이상)를 확보하는 것입니다.MOST 시스템의 또 다른 과제는 가시 영역에서 빛을 수집할 수 있다는 것입니다.이 흡수 극대화를 조절하기 위해 기증자 및 수용체 장치를 사용한 NBD의 기능화를 사용합니다.그러나 태양 흡수에 대한 이러한 긍정적인 효과는 더 높은 분자량에 의해 보상된다.이는 에너지 밀도가 낮음을 의미합니다.태양 흡수에 대한 이러한 긍정적인 효과는 또 다른 단점을 가지고 있다.즉, 흡수가 적색 시프트 되었을 때 에너지 저장 시간이 감소한다.에너지 밀도와 적색 시프트 사이의 이러한 반상관 관계를 극복하기 위한 가능한 해결책은 하나의 색소 유닛을 여러 개의 포토 스위치에 결합하는 것이다.이 경우, 이합체 또는 트리머라고 불리는 것을 형성하는 것이 유리합니다.NBD는 공통 기증자 및/또는 수용체를 공유합니다.

Nature Communications의 최근 기사에서 Kasper Moth-Poulsen과 그의 팀은 열변환을 위한 별도의 장벽이 있는 두 개의 전자 결합 사진 스위치를 사용함으로써 고에너지 사진 이성체의 안정성을 설계하려고 했습니다.이렇게 함으로써 첫 번째 이성질화(NBD-NBD에서 QC-NBD로) 후에 파란색 이동이 일어났다.이로 인해 두 번째 스위칭 이벤트(QC-NBD에서 QC-QC)의 이성화 에너지가 높아졌습니다.이 시스템의 또 다른 장점은 기증자를 공유함으로써 노르보르나디엔 단위당 분자량이 감소한다는 것이다.이는 에너지 밀도의 증가로 이어집니다.

결국 이 시스템은 광변환의 양자 수율을 NBD 단위당 94% 높일 수 있다.양자 수율은 광자 방출 효율의 척도이다.이 시스템을 사용하여 측정된 에너지 밀도는 최대 559 kJ/kg(목표치 300 kJ/kg 초과)에 도달했습니다.분자 사진 스위치의 잠재력은 어마어마합니다.태양열 에너지 저장뿐만 아니라 다른 용도에도 [39]사용할 수 있습니다.

2022년, 연구원들은 MOST와 칩 크기의 열전 발전기를 결합하여 전기를 발생시킨다고 보고했다.보도에 따르면 이 시스템은 태양 에너지를 18년까지 저장할 수 있으며 재생 에너지 [40][41]저장의 옵션이 될 수 있다.

전기 축열 히터

주요 기사:저장 히터

스토리지 히터는 사용 시간 측정 기능이 있는 유럽 가정에서 흔히 볼 수 있습니다(전통적으로 야간에는 더 저렴한 전기를 사용합니다).고밀도 세라믹 벽돌 또는 폴라이트 블록으로 구성되며, 전기로 고온으로 가열되며, 단열재 및 제어 기능이 우수하거나 그렇지 않을 수 있습니다.일부에서는 높은 온도 때문에 어린 아이가 있는 장소나 집안 관리가 제대로 되지 않아 화재 위험이 높은 장소에서는 사용하지 말 것을 권고하고 있다.[42][43]

태양 에너지 저장고

주요 기사:태양열 온수 저장 탱크 및 계절별 열 에너지 저장고

태양에너지는 열에너지 저장의 한 예이다.대부분의 실용적인 능동형 태양열 난방 시스템은 몇 시간에서 하루치 에너지 수집량을 제공합니다.그러나 계절별 열 에너지 저장 장치(STES)를 사용하는 시설이 증가하고 있어 겨울철 [44][45][46]난방용으로 여름에 태양 에너지를 저장할 수 있다.캐나다 앨버타의 Drake Landing Solar Community는 현재 연중 97%의 태양열 가열 비율을 달성했으며, 이는 STES를 [44][47]통합해야만 가능한 세계 기록이다.

고온 태양열 입력에서도 잠열과 체감열을 모두 사용할 수 있습니다.알루미늄과 실리콘(AlSi12)과 같은 금속의 다양한 공정 혼합물은 효율적인 증기 [48]생성에 적합한 높은 융점을 제공하는 반면, 알루미나 시멘트 기반 재료는 우수한 열 저장 기능을 제공합니다.[49]

양수식 축전

펌프식 열저장장치(PHES)에서 가역식 열펌프 시스템은 두 열저장장치 [50][51][52]간의 온도차로서 에너지를 저장하기 위해 사용됩니다.

등엔트로픽

현재 파산한 영국 회사 Isentropic이 개발하던 한 시스템은 다음과 같이 작동합니다.[53]여기에는 쇄석 또는 자갈로 채워진 두 개의 절연 컨테이너가 포함됩니다. 고온 및 고압에서 열에너지를 저장하는 열용기와 저온 및 저압에서 열에너지를 저장하는 냉용기가 포함됩니다.혈관은 위아래로 파이프로 연결되며 전체 시스템은 불활성 가스 아르곤으로 채워집니다.

충전 사이클 동안 시스템은 히트 펌프로 작동하기 위해 오프피크 전기를 사용합니다.저온 저장소의 상부에서 아르곤을 단열 압축하여 12bar의 압력으로 하여 약 500°C(900°F)까지 가열한다.압축된 가스는 뜨거운 용기의 상단으로 전달되며, 여기서 자갈을 통해 스며들어 암석으로 열을 전달하고 주변 온도로 냉각합니다.용기 바닥에서 발생하는 냉각된, 그러나 여전히 가압된 가스는 다시 1bar로 확장되고(다시 단열적으로), 용기 온도를 -150°C로 낮춥니다.그리고 나서 차가운 가스는 차가운 용기를 통해 위로 보내져 바위를 식히고, 초기 상태로 다시 데워진다.

이 에너지는 사이클을 반대로 함으로써 전기로 회수된다.뜨거운 용기의 뜨거운 가스는 발전기를 구동하기 위해 팽창된 후 냉장고에 공급됩니다.냉장고의 바닥에서 회수된 냉각된 가스는 압축되어 가스를 주변 온도로 가열합니다.그런 다음 가스는 다시 가열될 뜨거운 용기의 바닥으로 옮겨집니다.

압축 및 팽창 프로세스는 슬라이딩 밸브를 사용하여 특별히 설계된 왕복 기계에 의해 제공됩니다.공정의 비효율성에 의해 발생하는 잉여열은 배출 [50][53]사이클 중에 열교환기를 통해 환경으로 방출된다.

개발자는 왕복 효율 72~80%를 달성할 [50][53]수 있다고 주장했습니다.이는 펌핑 수력 에너지 [51]저장소의 80% 이상 달성 가능성과 비교됩니다.

또 다른 제안된 시스템은 터보 기계를 사용하며 훨씬 더 높은 전력 [52]레벨에서 작동할 수 있습니다.상변화 재료를 축열재로 사용하면 성능이 [15]더욱 향상됩니다.

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레퍼런스

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외부 링크

추가 정보

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