Nowe reaktory dla efektywnego termochemicznego magazynowania energii

Dostawa energii ze źródeł odnawialnych może być niestała w perspektywie krótkoterminowej, gdy wiatr przestanie wiać, wody się uspokoją, a chmury przesłonią Słońce. Opracowanie opłacalnych i wydajnych energetycznie metod przechowywania zapewni systemom energetycznym możliwość przechowywania nadmiaru energii przekraczającej chwilowe zapotrzebowanie i odzyskiwania jej w razie potrzeby.

Skoncentrowana energia słoneczna (CSP) nadaje się szczególnie do zaspokajania zapotrzebowania nieciągłego, ponieważ można ją połączyć z magazynowaniem energii cieplnej na dużą skalę. Technologia ta jest atrakcyjna, ponieważ jest bezpieczna i nie emituje żadnych gazów cieplarnianych. Pomimo prostoty samej koncepcji, możliwość przechowywania ciepła w wysokich temperaturach, w opłacalny sposób i przez długi czas nie jest łatwa do osiągnięcia.

Badacze pracujący w ramach projektu TCSPOWER (Thermochemical energy storage for concentrated solar power plants) pomyślnie zweryfikowali rozwiązania wykorzystujące reaktory i wymienniki ciepła w technologii termochemicznego magazynowania energii w zakładach CSP, przezwyciężając poważne wyzwania związane z wysokimi temperaturami. Walidację koncepcji reaktora przeprowadzono na systemie w skali pilotażowej o wydajności około 100 kWh.

Zespół sprostał temu zadaniu za pomocą odwracalnych reakcji termochemicznych — endotermicznej w jednym kierunku (w celu pochłaniania ciepła, które ma być przechowywane) i egzotermicznej w drugim kierunku (w celu uwalniania ciepła dla potrzeb bloku energetycznego). Zastosowano materiały bazujące na tlenkach metali: tlenku manganu i tlenku wapnia. Reakcja redoks tlenku manganu przebiegała w temperaturze 700 °C i była przeznaczona dla pracy otwartej, ponieważ tlen, będący partnerem reakcji, może ulec wymianie z otoczeniem. Z drugiej strony tlenek wapnia reaguje odwrotnie z parą wodną w zakresie temperatur od 400 do 600°C i uznano, że jest on zintegrowany z elektrowniami parowymi.

Projekt innowacyjnej koncepcji reaktora zakłada osiągnięcie wymaganego poziomu mocy, ale jest on zarazem niezależny od wymaganej wydajności. W związku z tym wydajność można łatwo zwiększyć przez dodanie dodatkowych, tanich zbiorników do przechowywania wymaganej ilości materiału reakcyjnego. Aby przenieść reaktywne ciała stałe przez strefę reakcji, badacze zgranulowali reaktywny proszek w przypadku tlenku manganu W celu zwiększenia przepływu tlenku wapnia badacze dodali do proszku dodatki nanostrukturalne.

To skuteczne i opłacalne rozwiązanie z zakresu przechowywania energii cieplnej umożliwia wykorzystanie możliwości długoterminowego, bezstratnego magazynowania, jaką oferuje termochemiczne magazynowanie energii. W połączeniu z wytwarzaniem CSP, technologia ta zapewni bardziej stabilne dostawy energii, ponieważ umożliwia przechowywanie energii przez długi czas i dostarczanie jej na żądanie. Dalsze udoskonalenia reaktora doprowadzą tę technologię do fazy komercjalizacji. Technologia TCSPOWER powinna przyspieszyć wykorzystywanie odnawialnych źródeł energii, bez konieczności zmagania się z problemem nieciągłości.