Теплопередача натрия в магнезию проходит испытания при хранении

Nov 08, 2023

Опубликовано 5 декабря 2022 г. 10 декабря 2022 г. Автор Сьюзен Кремер

Испытание прототипа магнезиальных кирпичей в натриевой лаборатории в настольном масштабе, финансируемое ASTRI. Изображение@Разработка прототипа накопителя тепловой энергии с насадочным слоем с натрием в качестве теплоносителя

Исследователи солнечной энергии тестируют хранение тепловой энергии в сложенных друг на друга керамических магнезиальных кирпичах с использованием жидкого металла; натрий в качестве теплоносителя. Магнезиальные кирпичи будут храниться в уплотненном слое в одном резервуаре для хранения; таким образом, он будет содержать жидкий натрий как в горячем, так и в «охлажденном» (150 ° C) состоянии с использованием термоклинного хранения.

Концентрированная солнечная термическая обработка (CST) для тяжелой промышленности требует высокотемпературных материалов. И жидкий натрий, и магнезия хорошо подходят для такого высокотемпературного хранения энергии.

Необходимость хранить энергию не просто стала проблемой сегодняшней возобновляемой энергетики. Газ всегда хранился в огромных подземных пещерах. Нефть хранится в огромных подземных резервуарах и национальных нефтяных резервах. Уголь складируется возле электростанций или ждет в вагонах поездов, которые медленно перемещаются по континентам.

Для электросети необходимо хранилище. В CSP, тепловой форме солнечной энергии, хранение является тепловым; в горячих расплавленных солях. Они передают тепло и сохраняют его при температуре около 560°C. Этот тип солнечной энергии использует тепловую электростанцию ​​для выработки электроэнергии из пара, как угольная или атомная электростанция. Этим паротурбинным системам необходима температура всего около 400°C.

Теперь хранение становится еще более важным, поскольку концентрированная солнечная энергия (CST) начинает заменять сжигание ископаемого топлива для обеспечения тепла для промышленных процессов. Эти процессы должны протекать круглосуточно, при более высоких температурах от 800°C и выше, летом и зимой.

Чтобы достичь более высоких температур, исследователи CST изучают новые технологии передачи тепла и поддержания его в горячем состоянии. Один из способов — разделить задачу между двумя материалами. Жидкость, лучше всего подходящая для передачи высоких температур, может нагреть твердый материал, лучше всего способный сохранять тепло.

По этой причине исследователи в области CST исследуют жидкости-теплоносители и материалы для аккумулирования тепла, которые хорошо работают вместе и могут достигать более высоких температур.

Команда Австралийского национального университета (ANU) предлагает протестировать новую комбинацию. Их работа описана в их статье «Разработка прототипа накопителя тепловой энергии с насадочным слоем с натрием в качестве теплоносителя» и в презентации SolarPACES2022.

Они пробуют жидкий натрий в качестве теплоносителя и сохраняют тепло в кирпичах из недорогой магнезии промышленного качества, которая, как керамика, может поглощать и удерживать тепло лучше, чем большинство камней. Натрий имеет рабочий диапазон от 100°C до 800°C, что намного выше и гораздо шире, чем у расплавленных солей (от 290°C до 565°C).

«Таким образом, натрий потенциально является очень интересной жидкостью для высокотемпературных систем из-за его способности работать при высоких температурах и широкого диапазона жидкостей», — сказал ведущий автор Джо Ковентри, доцент ANU. «А магнезиальные кирпичи обладают хорошей термодинамической стабильностью при контакте с натрием при температуре 750°C. Кроме того, это всего лишь стандартный коммерческий продукт, используемый в качестве огнеупорной футеровки в сталелитейном производстве. Вы можете купить их оптом. Не беспокойтесь о поставках».

После моделирования в FactSage определили перспективную керамику; магнезия, команда построила настольный прототип в университетской лаборатории натрия. Здесь будет проверена точность моделирования производительности этой системы с насадочным слоем.

В этом виде хранения тепловой энергии камни, галька или песок, выдерживающие очень высокие температуры, упаковываются в контейнер. Твердый материал нагревается теплоносителем – газом или жидкостью. Газы, такие как воздух или сверхкритический CO2, могут переносить очень высокие температуры.

Поиск лучшей керамики для насадочных слоев с жидкими металлами в качестве теплоносителя — еще одна область интересов высокотемпературных исследований, например, в Лаборатории жидких металлов Технологического института Карлсруэ (KIT) под руководством Клариссы Нидермайер.