Ofrece la batería térmica un rendimiento rápido y eficiente a bajo costo

Los sistemas de almacenamiento de energía térmica utilizan cambios de temperatura para almacenar energía para su uso posterior o para su uso en otros lugares. Las formas más utilizadas para capturar energía se basan en transferencias de calor latente y sensible.

El método de calor anterior utiliza la cantidad de energía térmica necesaria para un cambio de fase, que es un cambio en el estado físico, como de sólido a líquido o de líquido a gas, sin alterar la temperatura de un material. Esta técnica está asociada a grandes densidades de energía. Esta última es la energía térmica requerida para elevar la temperatura de un material sin causar transiciones de fase. Una gran ventaja de este método de transferencia de calor es su bajo costo.

Ingenieros de la Universidad de Lehigh en Pensilvania, con el apoyo del Departamento de Energía de Estados Unidos, han desarrollado un nuevo sistema de energía térmica que combina lo mejor de ambas técnicas. La batería térmica de Lehigh consta de materiales muy particulares de ingeniería y termosifones en una combinación que permite un rendimiento térmico rápido y eficiente a bajo costo. La tecnología puede funcionar con calor o electricidad como entrada de energía de carga.

El equipo ha anunciado que, después de tres años de investigación y desarrollo, la batería térmica Lehigh ya está lista para el mercado. El proceso involucró pruebas de sistemas integrados a 3, 10 y 150 kilovatios-hora térmicos (kWhth) en un entorno relevante.

El prototipo de 150 kWhth construido en el Centro de Investigación Energética es una estructura totalmente instrumentada que contiene 22 termosifones con aletas. El prototipo de 150 kWhth ha sido ampliamente probado usando aire comprimido a 896 F, produciendo una eficiencia de carga/descarga de energía a energía de los medios sólidos de más del 95 por ciento, una distribución de temperatura uniforme en los medios sólidos durante la carga y un ciclo constante, repetibilidad

Las potencias medias conseguidas durante la carga y descarga fueron de 16,4 kWth y 19,8 kWth, respectivamente, con un gradiente de energía de la batería térmica muy rápido de 0,51 kWhth/min durante la primera hora de descarga.

El co-investigador principal Sudhakar Neti, profesor emérito del Departamento de Mecánica e Ingeniería Mecánica de Lehigh, afirmó que la tecnología es innovadora en muchos niveles.

Sudhakar Neti: “Es modular, diseñado para flujos de entrada/salida de energía independientes durante la carga/descarga, lo cual es factible con la ayuda de los termosifones, y el proceso de cambio de dos fases dentro de los tubos de termosifón permite una rápida transferencia isotérmica de calor hacia/desde los medios de almacenamiento. a coeficientes de transferencia de calor y tasas de calor muy altos.”

Carlos Romero, co-investigador principal del proyecto y director del Centro de Investigación de Energía en Lehigh, dijo que el concepto de concreto más termosifón es único entre los conceptos de almacenamiento de energía térmica.

“La tecnología ofrece el potencial de adaptación en un amplio rango de temperaturas, medios de transferencia de calor y condiciones de operación”, dijo Romero.

Estas cualidades hacen que la batería térmica de Lehigh sea adecuada para las oportunidades de descarbonización en sectores industriales de uso intensivo de energía, la flexibilización de las centrales eléctricas convencionales y los avances y la penetración de la energía solar concentrada.

“Otra oportunidad para que Lehigh Thermal Battery desempeñe un papel importante en el esfuerzo de descarbonización es la integración del almacenamiento de energía térmica en un sistema que incluye bombas de calor y ciclos orgánicos de Rankine, que funcionan con excedentes de electricidad renovable,” dijo Neti.