Teknoloġija tal-ħażna tas-sħana: ittejjeb l-effiċjenza tal-użu komprensiv tal-enerġija tas-sħana

Fil-preżent, f'ħafna sistemi ta 'utilizzazzjoni tal-enerġija, hemm kontradizzjoni bejn il-provvista tal-enerġija u d-domanda ta' nuqqas ta 'qbil, li tirriżulta f'utilizzazzjoni mhux raġonevoli tal-enerġija u ammont kbir ta' skart. L-effiċjenza enerġetika bħall-enerġija solari u s-sħana mormija industrijali hija baxxa, li mhux biss taħli r-riżorsi, iżda tikkawża wkoll tniġġis termali mhux negliġibbli għall-ambjent atmosferiku.

Għal din ir-raġuni, it-titjib tal-konverżjoni u l-utilizzazzjoni tal-enerġija saret kwistjoni ewlenija li l-pajjiżi għandhom jagħtu prijorità biex jimplimentaw strateġiji ta 'żvilupp sostenibbli, u l-iżvilupp tat-teknoloġija tal-ħażna tas-sħana għal użu komprensiv u effettiv tal-enerġija tas-sħana huwa ta' importanza kbira.

Riżorsi abbundanti disponibbli

L-enerġija solari hija l-aktar sors ta 'enerġija bażika importanti fost is-sorsi ta' enerġija rinnovabbli. Huwa"ineżawribbli u ineżawribbli" u huwa mqassam b'mod wiesa 'u ħieles mit-tniġġis. Hija enerġija nadifa ekonomika. Ix-xemx tista 'tirrilaxxa enerġija ta' 391 × 1021 kW kull sekonda. Anki jekk l-enerġija rradjata lejn il-wiċċ tad-dinja hija biss waħda-2.2 biljun minnha, hija ekwivalenti għal 80,000 darba l-ġenerazzjoni tal-enerġija tad-dinja'. pajjiżna huwa pajjiż relattivament għani fl-enerġija solari. Aktar minn żewġ terzi tal-pajjiż għandu radjazzjoni solari annwali ta 'aktar minn 6 GJ·m2 u sigħat tax-xemx annwali ta' aktar minn 2,200 siegħa. L-enerġija radjanti solari annwali riċevuta mill-wiċċ tad-dinja'f'pajjiżi hija madwar 50 × 1019 kJ, li hija ekwivalenti għal 170 biljun tunnellata ta 'faħam standard. Riżorsi abbundanti ta' enerġija solari bħal dawn jipprovdu wkoll kundizzjonijiet tajbin għall-iżvilupp u l-użu ta' pajjiżi'tal-ġenerazzjoni tal-enerġija solari. Is-sħana mormija industrijali tiġi prinċipalment minn industriji bħall-metallurġija, materjali tal-bini, u kimiċi. L-istatistika fl-2010 wriet li r-riżorsi tas-sħana tal-iskart industrijali ammontaw għal sa 67% tas-sħana totali tal-fjuwil, li r-rata ta 'rkupru tagħha laħqet 60%. Madankollu, ir-rata ta 'utilizzazzjoni ġenerali tar-riżorsi tas-sħana mormija f'pajjiżi hija baxxa, u r-rata ta' utilizzazzjoni tas-sħana mormija ta 'intrapriżi kbar tal-ħadid u l-azzar hija ta' madwar 30%. ~50%.

Hemm ħafna lok għal titjib fir-rata ta 'utilizzazzjoni tar-riżorsi industrijali tas-sħana mormija f'pajjiżi. Ħu l-industrija metallurġika bħala eżempju. Fl-2010, il-produzzjoni tal-azzar mhux raffinat ta 'pajjiżi kienet ta' 627 miljun tunnellata. L-enerġija li tinsab fil-gass taċ-ċmieni prodott kienet ekwivalenti għal 30 miljun tunnellata ta 'faħam standard, u l-ammont ta' gagazza tal-azzar prodott kien madwar 280 miljun tunnellata, u l-enerġija termali li tinsab kienet ekwivalenti għal 10 miljun tunnellata ta 'faħam standard. . Fil-preżent, ir-rata ta 'utilizzazzjoni tas-sħana tal-iskart tal-gass taċ-ċumnija f'intrapriżi domestiċi tal-ħadid u tal-azzar hija ta' madwar 30%, u r-rata ta 'utilizzazzjoni tas-sħana tal-iskart tal-gagazza tal-ħadid u tal-azzar hija kważi żero. Jekk ir-rata ta 'utilizzazzjoni tas-sħana mormija tal-gass taċ-ċmieni tista' tiżdied għal 90% u r-rata ta 'utilizzazzjoni tas-sħana tal-iskart tal-gagazza tal-azzar tista' tiżdied għal 60%, 21.6 miljun tunnellata ta 'faħam standard jistgħu jiġu ffrankati kull sena, tnaqqis tal-emissjonijiet ta' CO2 ta 'madwar 50 miljun tunnellata, u 3.3 biljun kWh ta 'ġenerazzjoni ta' enerġija jistgħu jiġu ġġenerati.

Wieħed jista' jara li l-irkupru tas-sħana mormija hija domanda ewlenija tal-istrateġija tal-enerġija ta' pajjiżi', b'benefiċċji ekonomiċi bla qies, u hija ta' sinifikat kbir għall-iżvilupp ekonomiku, il-progress soċjali ta' pajjiżna' , u s-sigurtà nazzjonali tal-enerġija. Madankollu, kemm jekk tkun enerġija solari jew riżorsi industrijali ta 'sħana mormija, hemm problemi ta' intermittenti u instabbiltà, li jfixklu serjament il-promozzjoni u l-applikazzjoni ta 'teknoloġiji relatati.

Ħtieġa urġenti għal teknoloġija tal-ħażna tas-sħana moħbija f'temperatura medja u għolja

L-użu tat-teknoloġija tal-ħażna tas-sħana jista 'jtaffi l-kontradizzjoni bejn il-provvista u d-domanda tal-enerġija termali f'termini ta' ħin, intensità u spazju, u huwa mezz importanti għal tħaddim ottimizzat tas-sistemi tal-enerġija termali. Il-ħażna tas-sħana tinkludi prinċipalment tliet forom: ħażna ta 'sħana sensibbli, ħażna ta' sħana moħbija u ħażna ta 'sħana ta' reazzjoni kimika.

Il-ħażna tas-sħana ta 'reazzjoni kimika għadha fl-istadju ta' riċerka sperimentali minħabba s-sistema kumplessa tagħha, id-diffikultà teknika, u l-operat fqir; għalkemm it-teknoloġija tal-ħażna tas-sħana sensibbli ġiet użata ħafna, il-ħażna tas-sħana hija kkawżata mid-densità baxxa tal-ħażna tas-sħana għal kull unità ta 'volum ta' materjali tal-ħażna tas-sħana L-ammont kbir ta 'materjali jagħmel is-sistema tal-ħażna tas-sħana ta' kapaċità kbira goffa, ikkumplikata fil-proċess, u għolja fl-ispiża .

Il-ħażna tas-sħana moħbija hija li tuża s-sħana moħbija rilaxxata jew assorbita mill-proċess tal-bidla fil-fażi tal-materjal tal-ħażna tas-sħana biex taħżen u tirrilaxxa s-sħana. Meta mqabbel mat-teknoloġija tal-ħażna tas-sħana sensibbli, il-ħażna tas-sħana moħbija għandha l-vantaġġ ta 'densità kbira tal-ħażna tas-sħana għal kull unità ta' volum, u għandha assorbiment u rilaxx akbar tal-enerġija fil-medda tat-temperatura tat-tranżizzjoni tal-fażi, u l-firxa tat-temperatura tal-ħażna u rilaxx hija dejqa, li hija ta 'benefiċċju biex tiċċarġja u tirrilaxxa It-temperatura tal-proċess termali hija stabbli.

Sabiex ittejjeb l-effiċjenza tal-konverżjoni tal-enerġija u tnaqqas l-ispejjeż, it-teknoloġija tal-utilizzazzjoni termali solari qed timxi lejn temperaturi operattivi ogħla. It-temperatura operattiva tal-ġenerazzjoni tal-enerġija termali qabżet is-600°C, u t-temperatura ta 'ammont kbir ta' sħana mormija industrijali hija wkoll għolja ħafna (per eżempju, it-temperatura tal-gass taċ-ċmieni tal-konvertitur hija 1600°C. madwar).

Dawn kollha jeħtieġu urġenti li jirriċerkaw u jiżviluppaw teknoloġiji tal-ħażna tas-sħana moħbija f'temperatura medja u għolja. Għalkemm ħafna studjużi f'pajjiżhom u barra minn Malta wettqu riċerka minn livelli differenti bħal materjali u proċessi għal żmien twil, s'issa, għad m'hemm l-ebda sistema matura ta 'ħażna ta' sħana moħbija f'temperatura medja u għolja li topera b'mod stabbli.

Wara ħafna snin ta 'riċerka fil-fond f'dan il-qasam minn ħafna unitajiet ta' riċerka domestiċi u barranin, flimkien mal-istatus attwali u x-xejriet tal-iżvilupp tat-teknoloġija domestika u barranija, huwa maħsub li t-teknoloġija tal-ħażna tas-sħana moħbija b'temperatura medja u għolja tiffaċċja prinċipalment dan li ġej problemi pendenti.

L-ewwel, hemm nuqqas ta 'materjali ta' ħażna ta 'sħana moħbija b'temperatura medja u għolja bi proprjetajiet komprensivi bħal densità għolja ta' ħażna tas-sħana u konduttività termali qawwija. Il-pedament tat-teknoloġija tal-ħażna tas-sħana moħbija huwa materjali ta 'bidla fil-fażi. Fil-preżent, ir-riċerka dwar materjali tal-ħażna tas-sħana f'temperatura baxxa (<100 °="" c)="" ibbażati="" fuq="" xama="" 'paraffin="" u="" melħ="" idratat="" kienet="" estensiva,="" u="" ġiet="" applikata="" wkoll="" fl-oqsma="" tal-kostruzzjoni="" u="" l-ilbies.="" madankollu,="" materjali="" tal-ħażna="" tas-sħana="" f'temperatura="" medja="" u="" għolja,="" speċjalment="" materjali="" tal-ħażna="" tas-sħana="" tal-bidla="" fil-fażi="" ta="" 'temperatura="" għolja="" b'punt="" tat-tidwib="">600°C, għadhom neqsin.

It-tieni nett, il-materjali tal-ħażna tas-sħana tal-bidla fil-fażi ta 'temperatura medja u għolja huma prinċipalment imluħa u ligi inorganiċi. Min-naħa waħda, l-għażla ta 'materjali kandidati teħtieġ għarfien fil-fond tat-termodinamiċi u l-mekkaniżmi kinetiċi tal-proċess ta' transizzjoni tal-fażi tal-materjal. Min-naħa l-oħra, huwa meħtieġ li tiġi żvelata l-influwenza tal-mikrostruttura fuq il-proprjetajiet termali tal-materjali minn żewġ aspetti: trasferiment imtejjeb tas-sħana u ħażna effiċjenti tas-sħana.

Barra minn hekk, l-inkapsulament ta 'materjali tal-bidla tal-fażi likwida-solida u t-tħassir tal-proprjetajiet termali matul il-proċess tas-servizz huma wkoll kontenut indispensabbli fir-riċerka ta' materjali tal-bidla tal-fażi ta 'temperatura medja u għolja. Din ħafna drabi hija problema ta 'konġestjoni fir-riċerka u l-iżvilupp ta' materjali bħal dawn. Materjali tal-ħażna tas-sħana ta 'prestazzjoni għolja li għandhom jiġu żviluppati

Ħafna xjenzati fid-dar u barra studjaw il-metalli bħala materjali għall-ħażna tas-sħana. Fl-1980, Birchenall et al. imkejjel u analizzat il-proprjetajiet termofiżiċi ta 'ligi binarji u ternarji komposti minn Al, Cu, Mg, Si u Zn, li huma abbundanti fuq l-art, u sabet li t-temperatura ta' transizzjoni tal-fażi hija fil-medda ta '780 ~ 850 K u rikka fis-Si. Jew Al ligi għandhom l-ogħla densità tal-ħażna tas-sħana, u mbagħad il-materjali tal-ħażna tas-sħana tal-bidla tal-fażi tal-aluminju u l-liga bbażati fuq is-silikon ġew studjati b'mod estensiv.

Materjali tal-melħ inorganiku għandhom firxa wiesgħa ta 'sorsi, valuri kbar ta' entalpija ta 'bidla fil-fażi, u prezzijiet moderati, u huma partikolarment adattati għall-użu bħala materjali tal-ħażna tas-sħana b'temperatura medja u għolja. Ir-riċerkaturi studjaw il-proprjetajiet termofiżiċi tal-melħ imdewweb b'temperatura ogħla minn 450 ℃, u estendew l-applikazzjoni ta 'melħ ewtektiku inorganiku b'firxa ta' temperatura ta '220 ℃ sa 290 ℃ għall-qasam tal-ġenerazzjoni tal-enerġija termali solari, u għaddew testijiet bħal differenzjali kalorimetrija tal-iskannjar. Metodu, ġew imkejla l-proprjetajiet termofiżiċi tal-melħ imdewweb.

Barra minn hekk, ir-rata tal-bidla tal-volum ta 'ħafna sistemi ta' melħ imdewweb qabel u wara l-bidla tal-fażi taqbeż l-10%. Ir-rata tal-bidla tal-volum akbar iżżid il-vojt fis-sistema tal-materjal tal-bidla tal-fażi tal-melħ imdewweb, taffettwa r-rata ta 'ħażna/rilaxx tas-sħana, u żżid il-ħażna tas-sħana. Id-diffikultà tad-disinn tat-tagħmir tas-sistema tnaqqas l-effiċjenza tal-ħażna tas-sħana. Għal din ir-raġuni, ir-riċerkaturi studjaw il-kompatibilità tal-materjali tal-ħażna tas-sħana tal-bidla tal-fażi tal-melħ imdewweb mal-istainless steel, u r-riżultati juru li l-istainless steel għandu effett tajjeb kontra l-korrużjoni fuq il-biċċa l-kbira tal-melħ imdewweb.

Fl-istess ħin, il-prestazzjoni taċ-ċiklu tal-materjali tal-bidla tal-fażi tal-liga bbażata fuq l-aluminju ternarju u l-kompatibilità mal-kontenituri; il-kompatibilità ta 'melħ imdewweb fluworidu ma' kobalt, nikil u azzar liegi ta 'elementi tal-metall refrattorji; il-kompatibilità tal-idrossidu tal-litju ma 'materjali ta' liga strutturali F'aspetti oħra, ix-xjenzati wettqu wkoll riċerka.

Għalkemm xi riżultati nkisbu fir-riċerka ta 'materjali tal-ħażna tas-sħana tal-bidla fil-fażi ta' temperatura medja u għolja, l-ispiża tal-materjali tal-bidla tal-fażi tal-metall u liga hija għolja, u d-densità tal-ħażna tas-sħana għal kull unità ta 'massa hija limitata. Barra minn hekk, l-attività kimika tal-materjali tal-bidla tal-fażi tal-liga tal-metall hija aktar b'saħħitha wara l-bidla tal-fażi. , Korrużjoni severa ta 'temperatura għolja tillimita ħafna l-applikazzjoni wiesgħa tagħha fil-qasam tal-ħażna tas-sħana f'temperatura medja u għolja.

Bħala materjal tal-ħażna tas-sħana tal-bidla fil-fażi, il-melħ imdewweb għandu entalpija kbira tal-bidla fil-fażi, densità għolja tal-ħażna tas-sħana, u prezz moderat. Għandu potenzjal kbir ta 'żvilupp fil-qasam tal-applikazzjonijiet tal-ħażna tas-sħana f'temperatura medja u għolja. Madankollu, il-melħ imdewweb għandu konduttività termali fqira u għandu problemi serji ta 'korrużjoni ta' temperatura għolja b'materjali ta 'bidla tal-fażi ta' liga tal-metall, li għadha problema li tirrestrinġi l-applikazzjoni tal-iskala tagħha.

Għalhekk, l-iżvilupp ta 'materjali ta' ħażna tas-sħana ta 'prestazzjoni għolja u l-metodi ta' preparazzjoni tagħhom huwa xejra inevitabbli fir-riċerka ta 'materjali ta' ħażna tas-sħana b'temperatura medja u għolja u mod inevitabbli għall-iżvilupp tat-teknoloġija tal-ħażna tas-sħana.

It-tixrid ta 'enerġija solari, sħana industrijali skartata, medda ta' enerġija kbira, u n-natura intermittenti ta 'enerġija rinnovabbli kollha jeħtieġu t-teknoloġija tal-ħażna tas-sħana tal-bidla fil-fażi ta' temperatura medja u għolja.

Ir-riċerka tat-teknoloġija tal-ħażna tas-sħana fuq skala kbira tinvolvi l-intersezzjoni tax-xjenza tal-materjali, l-inġinerija kimika, l-inġinerija mekkanika, it-trasferiment tas-sħana u l-massa u l-fluss multifażi.

L-iżvilupp ta 'materjali ta' ħażna tas-sħana ta 'bidla fil-fażi ta' prestazzjoni għolja u medja ta 'temperatura għolja huwa ta' sinifikat kbir għall-qasam tal-ħażna tas-sħana f'temperatura medja u għolja, speċjalment il-ġenerazzjoni tal-enerġija termali solari, l-irkupru tas-sħana tal-iskart industrijali u oqsma oħra.