I sistemi di accumulo dell'energia termica possono essere utilizzati se la fornitura di calore o di freddo non corrisponde alla domanda in termini di tempo. Con un accumulatore di energia termica, il prodotto viene sempre immagazzinato: caldo o freddo. L'energia immagazzinata non può essere riconvertita in energia elettrica o in combustibile. Qui l'energia immagazzinata non viene riconvertita in energia elettrica, ma viene utilizzata direttamente come energia termica. Le applicazioni tipiche sono la generazione di calore solare, il recupero del calore residuo, la generazione combinata di calore ed energia e l'immagazzinamento del freddo.
| Tipi di stoccaggio termico |
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| Accumulatori di calore sensibili |
| Accumulo di calore latente |
| Accumulo di calore chimico |
Nei sistemi sensibili di accumulo del calore, l'energia termica viene immagazzinata a causa della variazione di temperatura di un materiale come l'acqua o il cemento. L'immagazzinamento con l'acqua come mezzo di accumulo è la forma più comunemente utilizzata per l'accumulo di calore. I sistemi di accumulo termico corrispondenti sono disponibili sul mercato e sono lo stato dell'arte in questo campo. Questa forma di stoccaggio è poco costosa e può essere considerata in gran parte neutra dal punto di vista ambientale. Si verifica l'autoscarica.
Se utilizzati in campi di temperatura superiori a 150 °C, i serbatoi di stoccaggio in ossido di alluminio, sale, sabbia o cemento sono utilizzati anche come mezzi di stoccaggio. C'è una crescente domanda di supporti di stoccaggio adatti a questo intervallo di temperatura. La crescente domanda è causata dalle applicazioni di calore solare e dal possibile utilizzo di calore disperso ad alta temperatura. Queste applicazioni hanno finora raggiunto lo stato di dimostrazione. Ad esempio, con i sistemi di stoccaggio in ossido di alluminio si possono ottenere capacità di stoccaggio specifiche di 20-50 kWh/m³. Anche il sale fuso è attualmente oggetto di una ricerca molto intensa per l'immagazzinamento di energia.
Per l'immagazzinamento di grandi quantità di calore, tuttavia, i sistemi di accumulo termico sensibili richiedono grandi volumi di stoccaggio con grandi quantità di mezzo di stoccaggio, oppure si devono utilizzare grandi escursioni termiche tra carico e scarico per immagazzinare più energia in modo più sensibile.
Nei sistemi di accumulo di calore latente, l'energia termica viene immagazzinata mediante la trasformazione di fase di un materiale come la paraffina, il ghiaccio o gli idrati di sale. In questo modo, una grande quantità di energia può essere immagazzinata a basse variazioni di temperatura. Il cambiamento di fase tra fase solida e fase liquida viene utilizzato principalmente in questo caso.
Le capacità di stoccaggio abituali nell'area del cambiamento di fase sono fino a 55 kWh/m³ per la paraffina, 92 kWh/m³ per il ghiaccio e 120 kWh/m³ per il sale e gli idrati salini. Finora, questa forma di stoccaggio è difficilmente reperibile in commercio, ad eccezione dello stoccaggio di ghiaccio e vapore. Si verifica l'autoscarica. Un problema è la peggiore conducibilità termica nella fase solida rispetto alla fase liquida.
Attualmente sono in corso progetti di sviluppo e di dimostrazione nel campo dei sali fusi per uso ad alta temperatura oltre i 150 °C, dell'acetato di sodio a 58,5 °C e dei fanghi a cambio di fase nell'intervallo da 0 °C a 50 °C. Inoltre, le indagini con litio, potassio e nitrato di sodio e le loro miscele vengono effettuate per un intervallo di temperatura compreso tra 130°C e 330°C. In questo intervallo di temperature elevate, la grafite viene utilizzata come matrice termoconduttiva grazie alla sua elevata conducibilità termica.
Nei sistemi di stoccaggio chimico, l'energia termica viene immagazzinata mediante una reazione chimica reversibile. Gli accumulatori di calore che sfruttano l'effetto fisico dell'adsorbimento sono spesso considerati in letteratura come accumulatori di calore chimico, come la zeolite/acqua ecc. Tuttavia, l'adsorbimento non è un processo chimico. Gli accumulatori di calore chimico hanno il potenziale per raggiungere elevate densità di energia e coprire un ampio spettro di temperature. Anche per lunghi periodi di tempo, il calore può essere immagazzinato quasi senza perdite.
A differenza dei materiali sensibili e latenti per l'accumulo di calore, gli accumulatori di calore chimico offrono capacità di accumulo di calore significativamente più elevate. Allo stesso tempo, i materiali chimici di accumulo del calore possono anche assorbire e rilasciare energia a temperatura costante ed evitare l'autoscarica. Con l'aiuto delle zeoliti, teoricamente si possono immagazzinare fino a 130 kWh/m³.
La bassa potenza termica e la complessa e costosa tecnologia del sistema sono menzionate come svantaggi. Ciò è necessario per caricare e scaricare i materiali in modo efficiente con alte prestazioni.
Lo scopo della ricerca è quello di aumentare la densità di potenza, l'ottimizzazione mirata del processo e dei materiali di stoccaggio e l'uso di materiali tecnici invece di materiali ad alta purezza con l'obiettivo di ridurre i costi.
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