I en tid av snabb utveckling av förnybar energi har det blivit en stor utmaning att hantera intermittent strömförsörjning. Fasförändringsmaterial (PCM), som är kärnan i tekniken för termisk energilagring (TES), är på väg att bli ett viktigt genombrott för att lösa detta kritiska problem tack vare sin effektiva förmåga att lagra och frigöra energi. Sådana material kan inte bara tillgodose behoven inom fjärrvärme, utan är också lämpliga för olika industriella tillämpningar.
I den här artikeln kommer vi att fokusera på att analysera fasändringsmaterial för termisk energilagring och diskutera hur de kan bidra till att förbättra energieffektiviteten och den breda tillämpningen av förnybar energi.
Innehållsförteckning
Vad är fasändringsmaterial (PCM)?
Fasändringsmaterial (PCM) är en klass av material som kan absorbera eller avge stora mängder värme under en fasförändringsprocess (t.ex. från ett fast ämne till en vätska). Dessa material kännetecknas av en hög latent värmekapacitet, vilket gör att de kan lagra energi på ett effektivt sätt i ett relativt litet utrymme. På grund av sin utmärkta energilagringskapacitet används PCM för närvarande inom en rad olika tillämpningar, t.ex. fjärrvärme, termisk energihantering i industriella miljöer och lagring av förnybar energi.
Olika typer av fasändringsmaterial
Fasförändringsmaterial (PCM) kan delas in i följande kategorier baserat på deras sammansättning och egenskaper. Varje typ av PCM spelar en unik roll i olika scenarier för lagring av termisk energi på grund av sina specifika fysiska egenskaper och temperaturintervall.
- Oorganiska system: Dessa inkluderar salter, salthydrater och metallegeringar. Dessa material har hög energilagringsdensitet och god värmeledningsförmåga och används ofta för termisk energilagring vid höga temperaturer.
- Organiska föreningar: vanliga sådana är bland annat paraffinvax och fettsyror. Dessa material har god kemisk stabilitet och är inte korrosiva, och de är väl lämpade för lagring av termisk energi vid låga och medelhöga temperaturer.
- Polymerer: Ett representativt exempel är polyetylenglykol (PEG). Detta material är både flexibelt och justerbart, vilket gör det idealiskt för speciella energilagringsbehov.
Vill du veta mer om hur du kan optimera värmehanteringen i ditt elfordon eller energilagringssystem? Fyll i formuläret nedan så kommer vårt team av experter att kontakta dig för en kostnadsfri konsultation.
Hur fasändringsmaterial fungerar vid lagring av termisk energi
Fasändringsmaterial lagrar och utnyttjar termisk energi genom att absorbera och avge latent värme. Att förstå hur det fungerar är därför avgörande för att välja rätt fasändringsmaterial. I system för lagring av termisk energi (TES) återspeglas arbetsprincipen huvudsakligen i följande två aspekter:
Metod för värmeöverföring
- Direkt kontakt: PCM är i direkt kontakt med värmeöverföringsvätskan för att realisera värmeväxling, och värmeledningsförmågans effektivitet för detta material är hög. Det är dock värt att notera att det är nödvändigt att förhindra materialblandning och kontaminering.
- Makroinkapsling: PCM är inkapslat i en större behållare av neutralt material. På så sätt underlättas lagring och hantering samtidigt som läckage och kemiska reaktioner förhindras.
- Mikroinkapsling: Inkapsling av PCM genom små skal möjliggör en jämnare fördelning. Dessutom kan den blandas direkt med matrismaterialet, vilket gör den idealisk för lagring av termisk energi i precisionsutrustning.
Krav på termisk stabilitet och inkapsling
- Den smält- och stelningsprocessen av PCM direkt påverkar effektiviteten i lagring och avgivning av värmeenergi. Den bestämmer också dess driftstemperatur. Därför är det viktigt att ha en djupgående förståelse för denna process. Du måste välja ett fasändringsmaterial med en fasändringstemperatur som matchar den förväntade driftsmiljön baserat på dina specifika behov av termisk energilagring.
- En annan sak är att det måste vara inkapslat. Detta beror på att effektiv inkapsling förhindrar läckage eller kontaminering av kretskortet under användning. Detta kan i viss mån förbättra systemets livslängd och tillförlitlighet.
Fördelar och nackdelar med fasändringsmaterial
Fördelar
- Högre energilagringsdensitet: PCM kan lagra mer energi i form av latent värme än traditionella hydrotermiska lagringsmetoder. Jämfört med vatten kan PCM lagra mer värme per volymenhet och har en högre termisk lagringseffektivitet.
- Mindre temperaturskillnad mellan lagring och frisläppning: Temperaturen förblir relativt konstant under fasförändringsprocessen, vilket förbättrar stabiliteten och effektiviteten vid lagring och avgivning av termisk energi.
- Mångsidigt driftstemperaturområde: Olika typer av PCM finns tillgängliga för att täcka ett brett spektrum av behov från låga temperaturer (-20°C) till höga temperaturer (över 100°C).
- Cyklbarhet: Materialet klarar tusentals smält- och stelningscykler, vilket gör det särskilt lämpligt för energilagringssystem som används upprepade gånger under lång tid.
Nackdelar
- Hög initial investering: PCM-material är relativt dyra att utveckla, tillverka och integrera i system, vilket kan begränsa storskalig användning.
- Låg värmeledningsförmåga påverkar värmeöverföringshastigheten: PCM har vanligtvis låg värmeledningsförmåga, vilket resulterar i långsammare lagring och avgivning av värmeenergi.
- Begränsat driftstemperaturområde: PCM:s effektiva driftstemperaturområde begränsas av deras fasändringstemperatur, som måste väljas exakt för den specifika tillämpningen, vilket gör dem mindre flexibla.
- Problem med inkapsling och läckage: PCM är benägna att läcka i flytande tillstånd, särskilt oorganiska saltmaterial som kan korrodera lagringsenheter. Speciella inkapslingstekniker krävs därför för att förhindra läckage.
- Lagringseffektiviteten påverkas av miljön: PCM är känsligt för fluktuationer i omgivningstemperaturen. När till exempel den höga eller låga temperaturen ligger utanför fasövergångsområdet kan den inte dra nytta av energilagringen.
TES-teknikens och PCM:s roll vid utfasning av fossila bränslen
TES-teknik och PCM är avgörande i energisystem med låga koldioxidutsläpp. Sådana system kan effektivt undvika problemet med intermittens genom att lagra och släppa ut värme på ett rationellt sätt.
Hantering av intermittent strömförsörjning
Förnybara energikällor som vind- och solenergi har intermittenta kraftgenereringsprocesser, vilket kan leda till instabil kraftproduktion. PCM i kombination med TES-teknik kan på ett effektivt sätt lagra spillvärme och överskottsvärme och frigöra den under högsäsong. Detta förbättrar kraftverkets strömförsörjningskapacitet avsevärt och löser effektivt problemet med intermittent kraft.
Minskad energiförbrukning och ökad effektivitet
Genom att lagra värmeenergi med hjälp av PCM kan kraftverk balansera tillgång och efterfrågan på värmeenergi under effektfluktuationer och upprätthålla en effektiv drift. Detta beror på att tekniken för lagring av termisk energi effektivt bevarar värme som annars skulle gå till spillo i olika former. Denna energi frigörs sedan när den behövs, vilket förlänger kraftverkets driftskapacitet. Den här konstruktionen maximerar effektiviteten.
På Trumonytechs kan vi erbjuda lösningar för termisk hantering som är skräddarsydda för specifika behov. Vi är också specialiserade på forskning och tillämpning av PCM-teknik. Vi är fast beslutna att tillhandahålla avancerade lösningar för termisk hantering för elfordon, energilagringssystem och värmeöverföring.
VANLIGA FRÅGOR
De salter, salthydrater och paraffiner som vi nämnde ovan är särskilt lämpliga för värmelagring. Av dessa är paraffin och salthydrater lämpliga för värmelagringsbehov i byggnader med låg och medelhög temperatur, medan saltmaterial som nitrater är mer lämpliga för värmelagring vid hög temperatur.
Det mest ekonomiska är vatten, medan smälta salter eller metaller kan värmas till högre temperaturer och har bättre energiupptagningsförmåga.
PCB-material avger och absorberar stora mängder energi externt genom att smälta och stelna.
