Sản xuất công nghiệp thép, bê tông hoặc thủy tinh đòi hỏi hơn 20% tổng mức tiêu thụ năng lượng của Đức. Cho đến nay, 90% nhiên liệu sử dụng cho các quá trình này đều có nguồn gốc hóa thạch.
Các nhà nghiên cứu của Viện Karlsruhe Công nghệ (KIT) đang nghiên cứu hệ thống lưu trữ nhiệt độ cao duy nhất dựa trên công nghệ kim loại lỏng loại này nhằm tăng cường sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo. Các kim loại lỏng có tính dẫn điện cao có thể được làm nóng đến hơn 700°C bằng cách sử dụng điện xanh và có thể lưu trữ nhiệt công nghiệp một cách linh hoạt.
Từ ngày 22 đến ngày 26 tháng 2024 năm 13, các nhà nghiên cứu sẽ trình bày mô hình hệ thống lưu trữ năng lượng của họ tại gian hàng KIT tại Giải pháp Năng lượng (Hội trường 76, Gian hàng CXNUMX) của Hannover Messe.
Trên toàn thế giới, các hệ thống lưu trữ nhiệt ở nhiệt độ cao đang được phát triển để cung cấp nhiệt cho các công ty sản xuất sử dụng nhiều tài nguyên mà không phụ thuộc vào sự biến động của sản xuất năng lượng tái tạo. Các hệ thống lưu trữ này chuyển đổi năng lượng điện thành nhiệt, sau đó được lưu trữ.
Nhiệt được sử dụng nếu cần thiết, ví dụ như khi điện đắt và quá trình sản xuất không thể dừng lại. Nhiệt độ bảo quản càng cao thì càng tốt. Điều này làm giảm lượng năng lượng bổ sung cần thiết để đạt được nhiệt độ sản xuất mong muốn.
Các nhà máy thí điểm đang sử dụng muối lỏng để bảo quản ở nhiệt độ khoảng 550°C. Thậm chí nhiệt độ cao hơn đã đạt được với chất khí cho đến nay. Khi được làm nóng bằng điện đến khoảng 700°C, chúng truyền nhiệt sang các vật liệu lưu trữ như thép, đá núi lửa hoặc xỉ. Tiến sĩ Klarissa Niedermeier từ Viện Công nghệ và An toàn Năng lượng Nhiệt của KIT cho biết: “Tuy nhiên, việc truyền nhiệt từ khí nóng sang vật liệu lưu trữ còn lâu mới đạt hiệu quả”.
Truyền nhiệt tuyệt vời qua kim loại lỏng
Cùng với nhóm của mình, cô đang nghiên cứu một giải pháp mới cho phạm vi nhiệt độ cao: Hệ thống lưu trữ nhiệt dựa trên chì-bismuth. Niedermeier cho biết: “Độ dẫn nhiệt của hỗn hợp kim loại lỏng này cao hơn 100 lần so với các vật liệu khác được sử dụng trong hệ thống lưu trữ”.
Hệ thống lưu trữ nhiệt độ cao đang được thử nghiệm theo vòng lặp. Trong một bể thép, chì-bismuth được nung nóng thấm qua các hạt gốm có kích thước khoảng 2 mm, tỏa nhiệt cho chúng. Khi cần nhiệt trở lại, kim loại lỏng “lạnh” được đưa trở lại qua các hạt và nóng lên trở lại.
Các mô phỏng tại phòng thí nghiệm kim loại lỏng KALLA của KIT đã xác nhận rằng việc sử dụng kim loại lỏng làm tăng hiệu quả lưu trữ nhiệt, đặc biệt khi sử dụng gói rất nhỏ gọn.
Lưu trữ hiệu quả năng lượng xanh dư thừa
“Khi kim loại lỏng được nung nóng bằng năng lượng từ các nguồn năng lượng tái tạo, các công ty sẽ có một giải pháp hiệu quả để giảm thiểu sự biến động của nguồn điện và cho phép lưu trữ năng lượng đơn giản, rẻ tiền và nhanh chóng ở nhiệt độ càng gần với nhiệt độ được sử dụng trong quy trình công nghiệp càng tốt. ,” Niedermeier chỉ ra.
Quá trình này có tiềm năng lớn để loại bỏ ngành công nghiệp. Các quy trình công nghiệp ở Đức tiêu thụ 400 terawatt giờ nhiệt mỗi năm và 90% nhiên liệu sử dụng trong các quy trình này là hóa thạch.
Cho đến nay, kim loại lỏng hầu như không được sử dụng trong các hệ thống lưu trữ nhiệt. Theo Niedermeier, điều này chủ yếu là do lý do hậu cần. Trên thế giới chỉ có một số hệ thống khép kín có thể thử nghiệm được hệ thống lưu trữ nhiệt như vậy. KALLA có chu trình chì-bismuth lớn, được sử dụng cho các dự án mới trong lĩnh vực nguồn năng lượng tái tạo, cùng nhiều dự án khác.
Tại Hannover Messe năm nay, nhóm sẽ trình bày một mô hình hệ thống lưu trữ nhiệt, kích thước của nó chỉ bằng một nửa so với hệ thống thực tại KIT. Hệ thống tại KIT được thiết kế để lưu trữ 100 kilowatt giờ nhiệt và cho đến nay đã được thử nghiệm trên quy mô phòng thí nghiệm ở nhiệt độ lên tới 400°C.
“Đây là hệ thống lưu trữ nhiệt kim loại lỏng loại này trên thế giới với công suất như vậy. Chúng tôi muốn chứng tỏ rằng nguyên lý này hoạt động được và nó có tiềm năng to lớn,” Klarissa Niedermeier nói.