Progress and prospects of cold thermal energy storage for liquid air energy storage systems – a critical review
Magazynowanie energii elektrycznej odgrywa kluczową rolę w integracji odnawialnych źródeł energii oraz realizacji celów dekarbonizacji w ramach Porozumienia Paryskiego. Magazynowanie energii w postaci ciekłego powietrza (ang. Liquid Air Energy Storage, LAES) jest obiecującą technologią magazynowania energii elektrycznej na skalę systemową ze względu na jej skalowalność, brak dużych wymogów logalizacyjnych oraz wysoką gęstość magazynowania energii. Kluczowym elementem wpływającym na sprawność LAES jest wewnętrzny kriogeniczny magazyn ciepła (ang. Crygoenic Thermal Energy Storage, CTES), który ma za zadanie odzysk „chłodu” podczas regazyfikacji powietrza, jego magazynowanie oraz późniejsze ponowne wykorzystanie w fazie skraplania. Niniejsza praca przedstawia kompleksowy i krytyczny przegląd technologii CTES stosowanych w LAES, mający na celu identyfikację optymalnych rozwiązań projektowych na podstawie aktualnej literatury oraz praktyki przemysłowej. Przegląd obejmuje układy magazynowania ciepła jawnego i utajonego, konfiguracje hybrydowe i kaskadowe oraz zaawansowane geometrie, oceniane pod kątem termodynamicznych i techno-ekonomicznych wskaźników efektywności. Analiza wskazuje, że złoża materiałów stałych, magazynujących ciepło jawne są najbardziej dojrzałym i kosztowo efektywnym rozwiązaniem, natomiast systemy oparte na materiałach zmiennofazowych (ang. Phase Change Materials, PCM) oferują wyższy potencjał sprawności i bardziej korzystny profil temperatury, jednak napotykają ograniczenia związane z kosztami materiałów, ich dostępnością. Konfiguracje hybrydowe i kaskadowe wykazują obiecujące wyniki w symulacjach, jednak dostępnych danych eksperymentalnych jest nadal niewiele. Wykazano również, że straty w magazynowaniu chłodu mają nawet siedmiokrotnie większy wpływ na sprawność cyklu magazynowania LAES niż straty ciepła, co podkreśla strategiczne znaczenie optymalizacji CTES. Autorzy wskazują kluczowe potrzeby badawcze, obejmujące dynamiczne modelowanie systemów, rozwój skalowalnych, stabilnych fizykochemicznie oraz odpornych na pracę cykliczną materiałów oraz pełną analizę techno-ekonomiczną. Wypełnienie tych luk będzie kluczowe dla rozwoju CTES jako komponentu zwiększającego wydajność i opłacalność nowej generacji systemów LAES.
Artykuł:
Renewable & Sustainable Energy Reviews
Autorzy z PW:
Aleksandra Dzido, Piotr Krawczyk
Dyscyplina:
Rok wydania: