Los sistemas de almacenamiento de energía térmica pueden utilizarse si el suministro de calor o frío no se ajusta a la demanda en términos de tiempo. Con un acumulador de energía térmica, el producto siempre se almacena: calor o frío. La energía almacenada no puede ser convertida de nuevo en energía eléctrica o combustible. Aquí, la energía almacenada no se convierte de nuevo en energía eléctrica, sino que se utiliza directamente como energía térmica. Las aplicaciones típicas son la generación de calor solar, la recuperación de calor residual, la generación combinada de calor y electricidad y el almacenamiento en frío.
| Tipos de almacenamiento térmico |
|---|
| Acumuladores de calor sensibles |
| Almacenamiento de calor latente |
| Almacenamiento de calor químico |
En los sistemas de almacenamiento de calor sensibles, la energía térmica se almacena debido al cambio de temperatura de un material como el agua o el hormigón. El almacenamiento utilizando el agua como medio de almacenamiento es la forma más común de almacenamiento de calor. Los sistemas de almacenamiento de calor correspondientes están disponibles en el mercado y son de última generación en este campo. Esta forma de almacenamiento es barata y puede considerarse en gran medida neutral para el medio ambiente. Se produce una autodescarga.
Cuando se utilizan en rangos de temperatura superiores a 150 °C, los tanques de almacenamiento de óxido de aluminio, sal, arena u hormigón también se utilizan como medios de almacenamiento. Hay una creciente demanda de medios de almacenamiento adecuados para este rango de temperatura. La creciente demanda se debe a las aplicaciones del calor solar y al posible uso de calor residual de alta temperatura. Estas aplicaciones han alcanzado hasta ahora un estado de demostración. Por ejemplo, se pueden lograr capacidades de almacenamiento específicas de 20-50 kWh/m³ con sistemas de almacenamiento de óxido de aluminio. También la sal fundida está siendo investigada muy intensamente para el almacenamiento de energía.
Sin embargo, para el almacenamiento de grandes cantidades de calor, los sistemas de almacenamiento de calor sensibles requieren grandes volúmenes de almacenamiento con grandes cantidades de medio de almacenamiento, o deben utilizarse grandes diferencias de temperatura entre la carga y la descarga para almacenar más energía sensiblemente.
En los sistemas de almacenamiento de calor latente, la energía térmica se almacena por transformación de fase de un material como la parafina, el hielo o los hidratos de sal. De esta manera, una gran cantidad de energía puede ser almacenada a un bajo cambio de temperatura. El cambio de fase entre la fase sólida y la líquida se utiliza principalmente aquí.
Las capacidades de almacenamiento habituales en la zona de cambio de fase son de hasta 55 kWh/m³ para la parafina, 92 kWh/m³ para el hielo y 120 kWh/m³ para la sal y los hidratos de sal. Hasta ahora, esta forma de almacenamiento apenas está disponible comercialmente, con la excepción del almacenamiento de hielo y vapor. Se produce una autodescarga. Un problema es la peor conductividad térmica en la fase sólida en comparación con la fase líquida.
Se están llevando a cabo proyectos de desarrollo y demostración en los campos de las sales fundidas para uso a alta temperatura por encima de los 150 °C, el acetato de sodio a 58,5 °C y los lodos de cambio de fase en el rango de 0 °C a 50 °C. Además, se realizan investigaciones con nitrato de litio, de potasio y de sodio y sus mezclas para el rango de temperaturas entre 130°C y 330°C. En esta gama de altas temperaturas, el grafito se utiliza como matriz conductora de calor debido a su alta conductividad térmica.
En los sistemas de almacenamiento químico, la energía térmica se almacena mediante una reacción química reversible. Los acumuladores de calor que utilizan el efecto físico de la adsorción se cuentan a menudo en la literatura como acumuladores de calor químicos, como la zeolita/agua, etc. Sin embargo, la adsorción no es un proceso químico. Los acumuladores químicos de calor tienen el potencial de alcanzar altas densidades de energía y cubrir un amplio espectro de temperaturas. Incluso durante largos períodos de tiempo, el calor puede ser almacenado casi sin pérdida.
A diferencia de los materiales de almacenamiento de calor sensibles y latentes, los acumuladores químicos de calor ofrecen capacidades de almacenamiento de calor significativamente mayores. Al mismo tiempo, los materiales de almacenamiento de calor químico también pueden absorber y liberar energía a un nivel de temperatura constante y evitar la autodescarga. Con la ayuda de las zeolitas, teóricamente se pueden almacenar hasta 130 kWh/m³.
Se mencionan como desventajas la baja producción de calor y la compleja y costosa tecnología del sistema. Esto es necesario para cargar y descargar los materiales de manera eficiente con un alto rendimiento.
El objetivo de la investigación es aumentar la densidad de potencia, la optimización selectiva del proceso y los materiales de almacenamiento y el uso de materiales técnicos en lugar de materiales de alta pureza con el fin de reducir los costos.
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