강철, 콘크리트 또는 유리의 산업 생산에는 독일 전체 에너지 소비의 20% 이상이 필요합니다. 지금까지 이러한 공정에 사용된 연료의 90%는 화석 연료였습니다.
칼스루에 연구소 연구원 Technology (KIT)는 재생 에너지원의 활용을 향상시키기 위해 이러한 종류의 액체 금속 기술을 기반으로 한 유일한 고온 열 저장 시스템을 연구하고 있습니다. 전도성이 높은 액체 금속은 녹색 전기를 사용하여 700°C 이상으로 가열할 수 있으며 산업용 열을 유연하게 저장할 수 있습니다.
22년 26월 2024일부터 13일까지 연구원들은 하노버 산업박람회의 에너지 솔루션(홀 76, 스탠드 CXNUMX)에 있는 KIT 스탠드에서 에너지 저장 시스템 모델을 선보일 예정입니다.
전 세계적으로 자원 집약적인 생산 기업에 변동하는 재생 에너지 생산과 관계없이 열을 공급하기 위해 고온 열 저장 시스템이 개발되고 있습니다. 이러한 저장 시스템은 전력을 열로 변환한 후 저장합니다.
예를 들어 전기 비용이 비싸고 생산 공정을 중단할 수 없는 경우와 같이 필요한 경우 열이 사용됩니다. 저장된 온도가 높을수록 좋습니다. 이는 원하는 생산 온도에 도달하는 데 필요한 추가 에너지의 양을 줄입니다.
파일럿 플랜트에서는 액체 염을 사용하여 약 550°C의 온도를 저장합니다. 지금까지 가스를 사용하면 더 높은 온도에 도달했습니다. 약 700°C까지 전기적으로 가열되면 강철, 화산암 또는 슬래그와 같은 저장 물질로 열이 전달됩니다. "그러나 뜨거운 가스에서 저장 물질로의 열 전달은 효율적이지 않습니다."라고 KIT 열 에너지 기술 및 안전 연구소의 Klarissa Niedermeier 박사는 말합니다.
액체 금속을 통한 우수한 열 전달
그녀는 팀과 함께 고온 범위를 위한 새로운 솔루션인 납-비스무트 기반 열 저장 시스템을 연구하고 있습니다. "이 액체 금속 혼합물의 열전도율은 저장 시스템에 사용되는 다른 재료보다 100배 더 높습니다"라고 Niedermeier는 말합니다.
고온 축열 시스템은 루프에서 테스트되고 있습니다. 강철 탱크에서 가열된 납-비스무트는 약 2mm 크기의 세라믹 구슬을 통해 스며들어 열을 방출합니다. 다시 열이 필요할 때 "차가운" 액체 금속이 비드를 통해 되돌아와 다시 가열됩니다.
KIT의 액체 금속 실험실 KALLA의 시뮬레이션을 통해 액체 금속을 사용하면 특히 매우 컴팩트한 패키지를 사용할 때 열 저장 효율이 증가한다는 사실이 확인되었습니다.
잉여 전력을 효율적으로 저장
“재생 에너지원의 전력으로 액체 금속을 가열할 때 기업은 전력 공급의 변동을 완화하고 산업 공정에 사용되는 온도에 최대한 가까운 온도에서 간단하고 저렴하며 신속한 에너지 저장을 가능하게 하는 효율적인 솔루션을 갖게 됩니다. "라고 Niedermeier는 지적합니다.
이 과정은 산업을 탈화시킬 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 독일의 산업 공정은 연간 400테라와트시의 열을 소비하며, 이러한 공정에 사용되는 연료의 90%는 화석 연료입니다.
지금까지 액체 금속은 축열 시스템에 거의 사용되지 않았습니다. Niedermeier에 따르면 이는 주로 물류상의 이유 때문입니다. 이러한 열 저장 시스템을 테스트할 수 있는 폐쇄 루프 시스템은 전 세계적으로 몇 개밖에 없습니다. KALLA는 특히 재생 에너지원 분야의 새로운 프로젝트에 사용되는 대규모 납-비스무트 사이클을 보유하고 있습니다.
올해 하노버 산업박람회에서 팀은 KIT의 실제 시스템 크기의 절반 정도인 열 저장 시스템 모델을 선보일 예정입니다. KIT의 시스템은 100kWh의 열을 저장하도록 설계되었으며 지금까지 최대 400°C의 온도에서 실험실 규모로 테스트되었습니다.
“이것은 그러한 용량을 갖춘 세계 최고의 액체 금속 열 저장 시스템입니다. 우리는 이 원리가 효과가 있고 그것이 큰 잠재력을 가지고 있다는 것을 보여주고 싶습니다.”라고 Klarissa Niedermeier는 말합니다.