การผลิตเชิงอุตสาหกรรมของเหล็ก คอนกรีต หรือแก้ว ต้องใช้มากกว่า 20% ของการใช้พลังงานทั้งหมดของเยอรมนี จนถึงขณะนี้ 90% ของเชื้อเพลิงที่ใช้สำหรับกระบวนการเหล่านี้ล้วนมาจากธรรมชาติของฟอสซิล
นักวิจัยจากสถาบันคาร์ลสรูเฮอ เทคโนโลยี (KIT) กำลังทำงานเกี่ยวกับระบบกักเก็บความร้อนที่อุณหภูมิสูงเพียงระบบเดียวที่ใช้เทคโนโลยีโลหะเหลวประเภทนี้ เพื่อที่จะเพิ่มประสิทธิภาพการใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียน โลหะเหลวที่มีความนำไฟฟ้าสูงสามารถให้ความร้อนได้สูงถึงมากกว่า 700°C โดยใช้ไฟฟ้าสีเขียว และสามารถกักเก็บความร้อนทางอุตสาหกรรมได้อย่างยืดหยุ่น
ตั้งแต่วันที่ 22 ถึง 26 เมษายน พ.ศ. 2024 นักวิจัยจะนำเสนอแบบจำลองของระบบกักเก็บพลังงานของพวกเขาที่บูธ KIT ที่ Energy Solutions (Hall 13, Stand C76) ของ Hannover Messe
ระบบกักเก็บความร้อนที่อุณหภูมิสูงทั่วโลกกำลังได้รับการพัฒนาเพื่อจัดหาความร้อนให้กับบริษัทผู้ผลิตที่ใช้ทรัพยากรจำนวนมากโดยไม่ขึ้นกับการผลิตพลังงานหมุนเวียนที่ผันผวน ระบบจัดเก็บข้อมูลเหล่านี้จะแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นความร้อน ซึ่งจะถูกเก็บไว้ต่อไป
ความร้อนจะถูกใช้หากจำเป็น เช่น เมื่อไฟฟ้ามีราคาแพงและไม่สามารถหยุดกระบวนการผลิตได้ ยิ่งเก็บอุณหภูมิไว้สูงเท่าไรก็ยิ่งดีเท่านั้น ซึ่งจะช่วยลดปริมาณพลังงานเพิ่มเติมที่จำเป็นเพื่อให้ได้อุณหภูมิการผลิตที่ต้องการ
โรงงานต้นแบบใช้เกลือเหลวเพื่อจัดเก็บอุณหภูมิประมาณ 550°C จนถึงขณะนี้อุณหภูมิที่สูงขึ้นยังสามารถทำได้ด้วยก๊าซ เมื่อได้รับความร้อนด้วยไฟฟ้าที่อุณหภูมิประมาณ 700°C พวกมันจะถ่ายเทความร้อนไปยังวัสดุกักเก็บ เช่น เหล็ก หินภูเขาไฟ หรือตะกรัน “อย่างไรก็ตาม การถ่ายเทความร้อนจากก๊าซร้อนไปยังวัสดุกักเก็บยังห่างไกลจากประสิทธิภาพ” ดร. คลาริสซา นีเดอร์ไมเออร์ จากสถาบันเทคโนโลยีพลังงานความร้อนและความปลอดภัยแห่ง KIT กล่าว
ถ่ายเทความร้อนได้ดีเยี่ยมผ่านโลหะเหลว
เธอกำลังทำงานร่วมกับทีมเพื่อคิดค้นโซลูชันใหม่สำหรับช่วงอุณหภูมิสูง: ระบบกักเก็บความร้อนที่ใช้ตะกั่ว-บิสมัท “ค่าการนำความร้อนของโลหะเหลวผสมนี้สูงกว่าค่าการนำความร้อนของวัสดุอื่นๆ ที่ใช้ในระบบจัดเก็บถึง 100 เท่า” Niedermeier กล่าว
กำลังทดสอบระบบกักเก็บความร้อนที่อุณหภูมิสูงแบบวนซ้ำ ในถังเหล็ก ตะกั่ว-บิสมัทที่ได้รับความร้อนจะซึมผ่านเม็ดเซรามิกขนาดประมาณ 2 มม. และปล่อยความร้อนออกมา เมื่อต้องการความร้อนอีกครั้ง โลหะเหลว "เย็น" จะถูกส่งกลับผ่านเม็ดบีดและร้อนขึ้นอีกครั้ง
การจำลองที่ห้องปฏิบัติการโลหะเหลวของ KIT KALLA ยืนยันว่าการใช้โลหะเหลวช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการกักเก็บความร้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้บรรจุภัณฑ์ที่มีขนาดกะทัดรัดมาก
การจัดเก็บพลังงานสีเขียวส่วนเกินอย่างมีประสิทธิภาพ
“เมื่อโลหะเหลวถูกให้ความร้อนด้วยพลังงานจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน บริษัทต่างๆ จะมีวิธีแก้ปัญหาที่มีประสิทธิภาพในการลดความผันผวนของแหล่งจ่ายไฟ และเพื่อให้สามารถจัดเก็บพลังงานได้ง่าย ราคาไม่แพง และรวดเร็วที่อุณหภูมิที่ใกล้เคียงกับอุณหภูมิที่ใช้ในกระบวนการทางอุตสาหกรรมมากที่สุด ” นีเดอร์ไมเออร์ชี้ให้เห็น
กระบวนการนี้มีศักยภาพที่ดีในการกำจัดฟอสซิลในอุตสาหกรรม กระบวนการทางอุตสาหกรรมในเยอรมนีใช้ความร้อน 400 เทราวัตต์ชั่วโมงต่อปี และ 90% ของเชื้อเพลิงที่ใช้ในกระบวนการเหล่านี้เป็นฟอสซิล
จนถึงขณะนี้ แทบไม่ได้ใช้โลหะเหลวในระบบกักเก็บความร้อน จากข้อมูลของ Niedermeier สาเหตุหลักมาจากเหตุผลด้านลอจิสติกส์ ในโลกนี้มีระบบวงปิดเพียงไม่กี่ระบบเท่านั้นที่สามารถทดสอบระบบกักเก็บความร้อนดังกล่าวได้ KALLA/คอลลา มีวงจรตะกั่ว-บิสมัทขนาดใหญ่ ซึ่งใช้สำหรับโครงการใหม่ๆ ในด้านแหล่งพลังงานหมุนเวียน และอื่นๆ
ที่งาน Hannover Messe ปีนี้ ทีมงานจะนำเสนอแบบจำลองของระบบกักเก็บความร้อน ซึ่งมีขนาดประมาณครึ่งหนึ่งของระบบจริงที่ KIT ระบบที่ KIT ได้รับการออกแบบมาเพื่อเก็บความร้อนได้ 100 กิโลวัตต์-ชั่วโมง และได้รับการทดสอบในห้องปฏิบัติการที่อุณหภูมิสูงถึง 400°C จนถึงปัจจุบัน
“นี่คือระบบกักเก็บความร้อนโลหะเหลวของโลกที่มีความจุขนาดนี้ เราต้องการแสดงให้เห็นว่าหลักการได้ผลและมีศักยภาพสูง” Klarissa Niedermeier กล่าว