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钙循环用于热化学储能与二氧化碳捕获的技术经济评估
摘要：流化床反应器中 CaCO 3 的循环碳化-煅烧不仅提供了捕获 CO 2 的可能性，而且可以同时用于热化学能量存储 (TCES)，这一特性将在未来发挥重要作用，因为不可调度可变发电（例如风能和太阳能）的份额将不断增加。本文对同时进行 TCES 和 CO 2 捕获的工业规模钙循环 (CaL) 工艺进行了技术经济评估。该工艺假定通过出售可调度电力和向某个附近的排放者提供 CO 2 捕获服务来获利（即不考虑 CO 2 的运输和储存）。因此，该工艺与附近的另外两个设施相连：一个可再生的不可调度能源，用于为储存器充电；一个工厂，用于捕获烟气流中的 CO 2，同时释放储存的 CO 2 并产生可调度的电力。该工艺可以在室温下长期储存而不会产生任何显著的能量损失，本文根据特定边界条件下的给定每日能量输入来确定其尺寸，这些边界条件要求充电部分每天稳定运行 12 小时，而放电部分每天 24 小时提供稳定输出。先计算不同工艺要素的相互耦合质量和能量平衡，然后确定主要工艺设备的尺寸，最后通过文献中广泛使用和验证的成本函数计算该工艺的经济性。通过盈亏平衡电价 (BESP)、回收期 (PBP) 和每吨二氧化碳捕获成本来评估该工艺的经济可行性。本研究不包括可再生能源的成本，但评估了其如果纳入系统对工艺成本的潜在影响。还评估了计算成本对主要工艺和经济参数的敏感性。结果表明，根据最现实的经济预测，不同规模的工厂的 BESP 成本在 141 至 -20 美元/MWh 之间，使用寿命为 20 年。当将同一过程评估为碳捕获设施时，其成本在 45 至 -27 美元/吨 CO 2 捕获之间。流化床反应器的投资成本占计算资本支出的大部分，而提高碳酸化器转化率被认为是降低全球成本的一项重要技术目标。
用氨的热化学能量储存
奖项＃DE-EE0006536 DOE总资金：$ 1,182,789首席研究员：Adrienne Lavine与K Lovegrove（IT Power Australia），P Kavehpour，R Wirz，Sepulveda，A Sepulveda，H Aryafar，H Aryafar，D Simonetti 3 Simonetti 3
用于高效热化学生产太阳能燃料
在1400/1100°C的循环温度下，可以在SNL处的垂直流动反应器中测量材料的氢生产性能。在此期间，将评估一组新组合物的氧化还原热力学和氢产生性能。焓预测的DFT模型将根据对以前时期测得的材料的氧化还原热力学的反馈进行改进，新型相变材料将通过此期间的计算预测来筛选。
热化学热存储的艺术状态
如今，热量储能（TES）在高度有效的热能系统的发展中起着至关重要的作用[1]。该主题正在激发对科学界的日益兴趣，在许多情况下，通过借用和使用新的且可实现的方式，在热泵和热驱动系统的领域获得的研究结果[2，3]。适当使用TES系统可以促进可再生能源的有效利用，从而使能源生产与对不连续能源的需求和/或可变负载的需求之间的不匹配。此外，基于吸附或化学反应的特殊类TES系统的特殊类别可以长期存储可再生热量。热化学技术基于两个组件之间发生的可逆反应，并且与基于明智的热量的系统相对于系统存储的能量较高[4]。此外，它可以有效地支持在本地智能电网中可再生能源的操作和集成。证明了这一有趣的功能，在[5]中，作者回顾了有关热化学热化学热量储能系统的理论，实验和数值研究的最新状态，并在功率热应用中使用，重点关注具有可再生能源可为能源提供能源电网提供的可再生能源的应用。作者强调了该技术的优势：灵活性，负载管理，电源质量，连续的电源以及增强可变可再生能源的使用。这些特征被认为是重要的要素，以增加这些存储系统的商业利益。甚至是作者提出了特定的挑战，即存储材料的寿命和稳定性以及高功率加热/热化学系统的高成本，作为提高技术准备水平的方面。热化学TES系统，尤其是基于吸附过程的系统，可以允许设计和实施前所未有的移动应用解决方案。在[6]中，我们通过实验活动证明了紧凑型系统用于移动商业应用冷藏的可行性。在我们的工作中，我们描述了基于两个创新的吸附剂反应器的两种不同类型的冷藏物的实现和测试：一种充满了商业FAM Z02沸石的吸附剂，以及基于铝制多孔结构的复合吸附剂，并具有SAPO-34涂料。专门测试程序的应用允许在冷存储模式下以移动制冷目的表征原型。结果表明，原型可以存储高达580 WH，在放电阶段的平均功率为200至820 W且能量效率为0.3，从而揭示了未来进一步发展的有希望的机会。但是，必须在材料和系统级别进行的适当研究来支持这种未来的发展。例如，解决与吸附剂材料有关的问题或对新类沸石的研究可以支持对更多有效，紧凑和轻量级吸附TE的研究。一系列的机械义务 -为此，[7]的作者提出了一种新型的有机硅-SAPO34复合材料，该复合材料是通过硅氧烷化合物之间脱氢偶联反应激活的霉菌泡沫过程，用于在吸附TES系统中应用。
聚光太阳能发电厂钙环热化学储能设计和运行性能图
与聚光太阳能发电厂相关的钙循环热化学储能技术似乎是一种很有前途的技术，因为它有可能增加储存时间和储存材料的能量密度。到目前为止，研究工作主要集中在固定运行模式下不同发电周期的 TCES 的整体效率：白天或夜晚。然而，TCES 永远不会在静止情况下运行，而是会经历不同的运行点，以适应太阳能可用性和发电周期的能源需求。目的是分析在 TCES 系统中涉及的热交换器网络、储罐和反应堆的设计中，在能量存储和释放模式下定义运行点的变量的影响。概念工厂中的设备已建模，考虑了质量平衡中的可变存储/排放分数。结果显示了合适的捕获效率，量化了存储的功率，并定义了运行系统所需的热交换器的大小和性能。推导出每个热交换器的行为及其与发电厂热集成的相关性。其创新之处在于对储罐充电/放电比例的不同组合可能出现的情况的分析。
铜氧化物的热化学能量存储性能：支撑材料的影响
热化学能量存储（TCE）是利用太阳能的最有前途的方法之一。金属氧化物可以表现出可逆的氧化还原反应，这些反应可用于TCES应用。尤其是，过渡金属氧化物可以在高温下进行还原反应，同时吸收给系统的能量。稍后，当温度下降到相变温度以下时，可以进行放热重新氧化RE动作。在氧化还原Re作用过程中，空气可以用作氧气源和传热介质。最近，已经发表了一些有关金属氧化物用于TCES应用的研究。在这些金属氧化物中，铜氧化物由于其环状稳定性和合适的氧化还原温度而受到了极大的关注。在这项研究中，铜氧化物与ZRO 2，ZRO 2 -LA 2 O 3，MGAL 2 O 4，Mg 2 Al 2 A -LA 2 O 3，CEO 2，CEO 2 -LA 2 O 3作为支撑材料，将铜氧化物用作储能材料。最佳结果是从mgal 2 O 4，mg 2 al 2 o 4 -la 2 o 3的样品中获得的最佳结果。由于在这些系统中发生的其他可逆相变，例如Laalo 3和Cu 2 Al 2 O 4。尤其是mg 2 al 2 o 4 -la 2 o 3添加在循环稳定性和热容量方面都改善了系统。
一种新型热化学长期储存概念
直到今天，北欧和中欧国家住宅建筑的空间供热需求仍然主要由化石燃料（主要是天然气和石油）的燃烧来满足。因此，该部门在这些国家每年的能源相关二氧化碳排放量中占了很大一部分。可再生能源在供热部门渗透率低的一个原因是，最大的供热需求发生在冬季，而可再生能源的高生产率通常发生在夏季。为了克服这种季节性差异，本文提出了一种基于氢氧化钙转化为氧化钙和水的热化学反应的新型长期储存系统。该概念的基本思想是在夏季使用多余的电力（例如来自屋顶光伏系统的电力）来驱动吸热充电反应。然后可以将带电材料储存在环境温度下的简单容器中，并且可以无限期地保持化学势而不会损失能量。在冬季，通过进行放热逆反应释放的热能可满足建筑物的供热需求。与迄今为止分析过的季节性储存反应系统不同，该系统排放的是液态水而不是水蒸气，这在技术和能源上都增强了排放过程。此外，使用电能而不是太阳能进行充电，可以灵活调整储存的运行时间。这样，系统就可以运行，这样在充电过程中必然产生的废热就可以完全用于满足夏季的生活热水生产。这种新发现的工作原理可以显著提高系统的存储效率。对能量平衡的详细分析，结合第一个与建筑物集成的案例研究，表明潜在的存储效率可以达到 96%。简而言之，本文提出了一种全新的技术概念，通过具有成本效益的长期能源存储将电力和热力部门结合起来，并评估了其在住宅建筑中的应用潜力。
基于金属氧化物的热化学储能移动床反应器
摘要：高温热能储存使聚光太阳能发电厂能够提供基本负荷。热化学储能基于可逆气固反应，具有以分离反应产物的形式进行无损储能和可能的高能量密度的优势。金属氧化物的氧化还原反应能够在高温下储存热能，空气提供气态反应伙伴。然而，由于温度较高，提取金属氧化物颗粒固有的显能和热化学能对于提高系统效率至关重要。到目前为止，热化学储能领域的实验研究主要集中在用于连续充电金属氧化物的太阳能接收器上。连续运行的储能和太阳能塔系统将储能容量与发电量分离，使用金属氧化物颗粒作为传热介质和储能材料。因此，开发了一种基于逆流移动床概念的 kW 级热交换器。该反应器解决了氧化反应焓和锰铁氧化物颗粒流热能提取的综合利用问题。通过两个不同的温度段实现了本体的稳定温度分布。氧化产生了一个几乎等温的段，废气温度总体稳定。锰铁氧化物的氧化和热提取产生了 569 kJ/kg 的总能量密度，热化学份额为 21.1%。
