गर्मी भंडारण प्रौद्योगिकी: गर्मी ऊर्जा के व्यापक उपयोग की दक्षता में सुधार

वर्तमान में, कई ऊर्जा उपयोग प्रणालियों में, ऊर्जा आपूर्ति और मांग बेमेल के बीच एक विरोधाभास है, जिसके परिणामस्वरूप अनुचित ऊर्जा उपयोग और बड़ी मात्रा में अपशिष्ट होता है। सौर ऊर्जा और औद्योगिक अपशिष्ट ताप जैसी ऊर्जा दक्षता कम है, जो न केवल संसाधनों को बर्बाद करती है, बल्कि वायुमंडलीय पर्यावरण के लिए गैर-नगण्य थर्मल प्रदूषण का कारण बनती है।

इस कारण से, ऊर्जा रूपांतरण और उपयोग में सुधार एक प्रमुख मुद्दा बन गया है जिसे देशों को सतत विकास रणनीतियों को लागू करने के लिए प्राथमिकता देनी चाहिए, और ताप ऊर्जा के व्यापक और प्रभावी उपयोग के लिए ताप भंडारण प्रौद्योगिकी का विकास सर्वोपरि है।

प्रचुर मात्रा में उपलब्ध संसाधन

अक्षय ऊर्जा स्रोतों में सौर ऊर्जा सबसे महत्वपूर्ण बुनियादी ऊर्जा स्रोत है। यह [जीजी] उद्धरण है; अटूट और अटूट [जीजी] उद्धरण; और व्यापक रूप से वितरित और प्रदूषण मुक्त है। यह एक किफायती स्वच्छ ऊर्जा है। सूर्य 391×1021 kW प्रति सेकंड की ऊर्जा छोड़ सकता है। भले ही पृथ्वी की सतह पर विकिरित ऊर्जा इसका केवल एक-2.2 अरबवाँ भाग हो, यह विश्व' के 80,000 गुना बिजली उत्पादन के बराबर है। मेरा देश सौर ऊर्जा के मामले में अपेक्षाकृत समृद्ध देश है। देश के दो-तिहाई से अधिक का वार्षिक सौर विकिरण 6 GJ·m2 से अधिक है और वार्षिक धूप घंटे 2,200 घंटे से अधिक है। मेरे देश में पृथ्वी' सतह द्वारा प्राप्त वार्षिक सौर विकिरण ऊर्जा लगभग 50×1019 kJ है, जो 170 अरब टन मानक कोयले के बराबर है। इस तरह के प्रचुर सौर ऊर्जा संसाधन मेरे देश' के विकास और सौर ऊर्जा उत्पादन के उपयोग के लिए भी अच्छी स्थिति प्रदान करते हैं। औद्योगिक अपशिष्ट ताप मुख्य रूप से धातु विज्ञान, निर्माण सामग्री और रसायनों जैसे उद्योगों से आता है। 2010 के आंकड़ों से पता चला है कि औद्योगिक अपशिष्ट ताप संसाधनों का कुल ईंधन ताप का 67% तक हिस्सा है, जिसमें से वसूली दर 60% तक पहुंच गई है। हालांकि, मेरे देश में अपशिष्ट ताप संसाधनों की समग्र उपयोग दर कम है, और बड़े लौह और इस्पात उद्यमों की अपशिष्ट गर्मी उपयोग दर लगभग 30% है। ~ 50%।

मेरे देश में औद्योगिक अपशिष्ट ताप संसाधनों की उपयोग दर में सुधार की बहुत गुंजाइश है। एक उदाहरण के रूप में धातुकर्म उद्योग को लें। 2010 में, मेरे देश का कच्चा इस्पात उत्पादन 627 मिलियन टन था। उत्पादित ग्रिप गैस में निहित ऊर्जा 30 मिलियन टन मानक कोयले के बराबर थी, और उत्पादित स्टील स्लैग की मात्रा लगभग 280 मिलियन टन थी, और निहित तापीय ऊर्जा 10 मिलियन टन मानक कोयले के बराबर थी। . वर्तमान में, घरेलू लौह और इस्पात उद्यमों में ग्रिप गैस अपशिष्ट ताप की उपयोग दर लगभग 30% है, और लौह और इस्पात स्लैग अपशिष्ट ताप की उपयोग दर लगभग शून्य है। यदि ग्रिप गैस की अपशिष्ट गर्मी उपयोग दर को 90% तक बढ़ाया जा सकता है और स्टील स्लैग अपशिष्ट गर्मी की उपयोग दर को 60% तक बढ़ाया जा सकता है, तो हर साल 21.6 मिलियन टन मानक कोयले को बचाया जा सकता है, CO2 उत्सर्जन में लगभग 50 मिलियन की कमी आती है। टन, और 3.3 बिलियन kWh बिजली उत्पादन उत्पन्न किया जा सकता है।

यह देखा जा सकता है कि अपशिष्ट गर्मी की वसूली मेरे देश [जीजी] #39; की ऊर्जा रणनीति की एक प्रमुख मांग है, जिसमें अथाह आर्थिक लाभ हैं, और यह मेरे देश [जीजी] #39; के आर्थिक विकास, सामाजिक प्रगति के लिए बहुत महत्व रखता है। और राष्ट्रीय ऊर्जा सुरक्षा। हालाँकि, चाहे वह सौर ऊर्जा हो या औद्योगिक अपशिष्ट ताप संसाधन, रुक-रुक कर और अस्थिरता की समस्याएँ हैं, जो संबंधित प्रौद्योगिकियों के प्रचार और अनुप्रयोग में गंभीर रूप से बाधा उत्पन्न करती हैं।

मध्यम और उच्च तापमान गुप्त ताप भंडारण प्रौद्योगिकी की तत्काल आवश्यकता

गर्मी भंडारण प्रौद्योगिकी का उपयोग थर्मल ऊर्जा आपूर्ति और समय, तीव्रता और स्थान के संदर्भ में मांग के बीच विरोधाभास को कम कर सकता है, और थर्मल ऊर्जा प्रणालियों के अनुकूलित संचालन के लिए एक महत्वपूर्ण साधन है। हीट स्टोरेज में मुख्य रूप से तीन रूप शामिल हैं: समझदार गर्मी भंडारण, गुप्त गर्मी भंडारण और रासायनिक प्रतिक्रिया गर्मी भंडारण।

इसकी जटिल प्रणाली, तकनीकी कठिनाई और खराब संचालन क्षमता के कारण रासायनिक प्रतिक्रिया गर्मी भंडारण अभी भी प्रयोगात्मक अनुसंधान चरण में है; हालांकि समझदार गर्मी भंडारण तकनीक का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है, गर्मी भंडारण गर्मी भंडारण सामग्री की प्रति इकाई मात्रा में कम गर्मी भंडारण घनत्व के कारण होता है बड़ी मात्रा में सामग्री बड़ी क्षमता वाली गर्मी भंडारण प्रणाली को भारी, प्रक्रिया में जटिल और लागत में उच्च बनाती है। .

गुप्त गर्मी भंडारण गर्मी भंडारण सामग्री की चरण परिवर्तन प्रक्रिया द्वारा जारी या अवशोषित गुप्त गर्मी का उपयोग गर्मी को स्टोर और रिलीज करने के लिए करना है। समझदार गर्मी भंडारण प्रौद्योगिकी की तुलना में, गुप्त गर्मी भंडारण में प्रति इकाई मात्रा में बड़ी गर्मी भंडारण घनत्व का लाभ होता है, और चरण संक्रमण तापमान सीमा के भीतर एक बड़ा ऊर्जा अवशोषण और रिलीज होता है, और भंडारण और रिलीज तापमान सीमा संकीर्ण होती है, जो फायदेमंद है चार्ज और रिलीज करने के लिए थर्मल प्रक्रिया का तापमान स्थिर है।

ऊर्जा रूपांतरण दक्षता में सुधार और लागत कम करने के लिए, सौर तापीय उपयोग प्रौद्योगिकी उच्च परिचालन तापमान की ओर बढ़ रही है। थर्मल पावर उत्पादन का ऑपरेटिंग तापमान 600 डिग्री सेल्सियस से अधिक हो गया है, और बड़ी मात्रा में औद्योगिक अपशिष्ट गर्मी का तापमान भी बहुत अधिक है (उदाहरण के लिए, कनवर्टर ग्रिप गैस का तापमान लगभग 1600 डिग्री सेल्सियस है)।

इन सभी को तत्काल मध्यम और उच्च तापमान गुप्त ताप भंडारण प्रौद्योगिकियों के अनुसंधान और विकास की आवश्यकता है। हालांकि देश और विदेश में कई विद्वानों ने लंबे समय तक विभिन्न स्तरों जैसे सामग्री और प्रक्रियाओं से शोध किया है, फिर भी अभी भी कोई परिपक्व मध्यम और उच्च तापमान गुप्त गर्मी भंडारण प्रणाली नहीं है जो स्थिर रूप से संचालित होती है।

कई घरेलू और विदेशी अनुसंधान इकाइयों द्वारा इस क्षेत्र में कई वर्षों के गहन शोध के बाद, घरेलू और विदेशी प्रौद्योगिकी विकास की वर्तमान स्थिति और प्रवृत्तियों के साथ, यह माना जाता है कि मध्यम और उच्च तापमान गुप्त गर्मी भंडारण प्रौद्योगिकी मुख्य रूप से निम्नलिखित का सामना करती है बकाया समस्याएं।

सबसे पहले, उच्च ताप भंडारण घनत्व और मजबूत तापीय चालकता जैसे व्यापक गुणों के साथ मध्यम और उच्च तापमान गुप्त गर्मी भंडारण सामग्री की कमी है। गुप्त ताप भंडारण प्रौद्योगिकी की नींव चरण परिवर्तन सामग्री है। वर्तमान में, पैराफिन मोम और हाइड्रेटेड नमक के आधार पर कम तापमान गर्मी भंडारण सामग्री ([जीजी] एलटी; 100 डिग्री सेल्सियस) पर शोध व्यापक रहा है, और इसे निर्माण और कपड़ों के क्षेत्र में भी लागू किया गया है। हालांकि, मध्यम और उच्च तापमान गर्मी भंडारण सामग्री, विशेष रूप से उच्च तापमान चरण एक पिघलने बिंदु [जीजी] जीटी; 600 डिग्री सेल्सियस के साथ गर्मी भंडारण सामग्री को बदलते हैं, अभी भी कमी है।

दूसरे, मध्यम और उच्च तापमान चरण परिवर्तन गर्मी भंडारण सामग्री मुख्य रूप से अकार्बनिक लवण और मिश्र धातु हैं। एक ओर, उम्मीदवार सामग्री के चयन के लिए सामग्री के चरण संक्रमण प्रक्रिया के ऊष्मप्रवैगिकी और गतिज तंत्र की गहन समझ की आवश्यकता होती है। दूसरी ओर, दो पहलुओं से सामग्री के थर्मल गुणों पर सूक्ष्म संरचना के प्रभाव को प्रकट करना आवश्यक है: बढ़ाया गर्मी हस्तांतरण और कुशल गर्मी भंडारण।

इसके अलावा, तरल-ठोस चरण परिवर्तन सामग्री का एनकैप्सुलेशन और सेवा प्रक्रिया के दौरान थर्मल गुणों का क्षय भी मध्यम और उच्च तापमान चरण परिवर्तन सामग्री के अनुसंधान में अपरिहार्य सामग्री है। ऐसी सामग्री के अनुसंधान और विकास में अक्सर यह एक अड़चन समस्या होती है। विकसित की जाने वाली उच्च-प्रदर्शन गर्मी भंडारण सामग्री

देश-विदेश में अनेक वैज्ञानिकों ने धातुओं को ऊष्मा भण्डारण सामग्री के रूप में अध्ययन किया है। 1980 में, बिरचेनल एट अल। Al, Cu, Mg, Si और Zn से बनी बाइनरी और टर्नरी मिश्र धातुओं के थर्मोफिजिकल गुणों को मापा और उनका विश्लेषण किया, जो पृथ्वी पर प्रचुर मात्रा में हैं, और पाया कि चरण संक्रमण तापमान 780-850 K की सीमा में है और Si में समृद्ध है। या अल मिश्र धातुओं में उच्चतम ताप भंडारण घनत्व होता है, और फिर एल्यूमीनियम और सिलिकॉन-आधारित मिश्र धातु चरण परिवर्तन गर्मी भंडारण सामग्री का बड़े पैमाने पर अध्ययन किया गया है।

अकार्बनिक नमक सामग्री में स्रोतों की एक विस्तृत श्रृंखला होती है, बड़े चरण परिवर्तन थैलेपी मान और मध्यम मूल्य होते हैं, और विशेष रूप से मध्यम और उच्च तापमान चरण परिवर्तन ताप भंडारण सामग्री के रूप में उपयोग के लिए उपयुक्त होते हैं। शोधकर्ताओं ने 450 ℃ से अधिक तापमान के साथ पिघले हुए नमक के थर्मोफिजिकल गुणों का अध्ययन किया, और सौर तापीय बिजली उत्पादन के क्षेत्र में 220 ℃ से 290 ℃ के तापमान रेंज के साथ अकार्बनिक यूक्टेक्टिक नमक के आवेदन को बढ़ाया, और अंतर जैसे परीक्षण पास किए। स्कैनिंग कैलोरीमेट्री। विधि, पिघले हुए नमक के थर्मोफिजिकल गुणों को मापा गया।

इसके अलावा, चरण परिवर्तन से पहले और बाद में कई पिघले हुए नमक प्रणालियों की मात्रा परिवर्तन दर 10% से अधिक है। बड़ी मात्रा में परिवर्तन दर पिघले हुए नमक चरण परिवर्तन सामग्री प्रणाली में voids को बढ़ाती है, गर्मी भंडारण / रिलीज दर को प्रभावित करती है, और गर्मी भंडारण को बढ़ाती है। सिस्टम उपकरण की डिजाइन कठिनाई गर्मी भंडारण क्षमता को कम करती है। इस कारण से, शोधकर्ताओं ने स्टेनलेस स्टील के साथ पिघला हुआ नमक चरण परिवर्तन गर्मी भंडारण सामग्री की संगतता का अध्ययन किया है, और परिणाम बताते हैं कि अधिकांश पिघला हुआ नमक पर स्टेनलेस स्टील का अच्छा विरोधी जंग प्रभाव पड़ता है।

उसी समय, टर्नरी एल्यूमीनियम-आधारित मिश्र धातु चरण परिवर्तन सामग्री और कंटेनरों के साथ संगतता का चक्र प्रदर्शन; कोबाल्ट, निकल और आग रोक धातु तत्व मिश्र धातु स्टील्स के साथ फ्लोराइड पिघला हुआ नमक की संगतता; संरचनात्मक मिश्र धातु सामग्री के साथ लिथियम हाइड्रॉक्साइड की संगतता अन्य पहलुओं में, वैज्ञानिकों ने भी शोध किया है।

यद्यपि मध्यम और उच्च तापमान चरण परिवर्तन गर्मी भंडारण सामग्री के अनुसंधान में कुछ परिणाम प्राप्त हुए हैं, धातु और मिश्र धातु चरण परिवर्तन सामग्री की लागत अधिक है, और प्रति इकाई द्रव्यमान में गर्मी भंडारण घनत्व सीमित है। इसके अलावा, चरण परिवर्तन के बाद धातु मिश्र धातु चरण परिवर्तन सामग्री की रासायनिक गतिविधि अधिक मजबूत होती है। , गंभीर उच्च तापमान जंग मध्यम और उच्च तापमान गर्मी भंडारण के क्षेत्र में इसके व्यापक अनुप्रयोग को सीमित करता है।

एक चरण परिवर्तन गर्मी भंडारण सामग्री के रूप में, पिघला हुआ नमक में एक बड़ा चरण परिवर्तन थैलेपी, उच्च गर्मी भंडारण घनत्व और मध्यम मूल्य होता है। मध्यम और उच्च तापमान ताप भंडारण अनुप्रयोगों के क्षेत्र में इसकी काफी विकास क्षमता है। हालांकि, पिघले हुए नमक में खराब तापीय चालकता होती है और धातु मिश्र धातु चरण परिवर्तन सामग्री के साथ गंभीर उच्च तापमान जंग की समस्या होती है, जो अभी भी एक समस्या है जो इसके पैमाने के अनुप्रयोग को प्रतिबंधित करती है।

इसलिए, मध्यम और उच्च तापमान गर्मी भंडारण सामग्री के अनुसंधान में उच्च प्रदर्शन गर्मी भंडारण सामग्री और उनकी तैयारी विधियों का विकास एक अनिवार्य प्रवृत्ति है और गर्मी भंडारण प्रौद्योगिकी के विकास के लिए एक अनिवार्य तरीका है।

सौर ऊर्जा का फैलाव, औद्योगिक अपशिष्ट ताप, बड़ी ऊर्जा अवधि, और अक्षय ऊर्जा की आंतरायिक प्रकृति सभी के लिए मध्यम और उच्च तापमान चरण परिवर्तन ताप भंडारण प्रौद्योगिकी की आवश्यकता होती है।

बड़े पैमाने पर गर्मी भंडारण प्रौद्योगिकी के अनुसंधान में सामग्री विज्ञान, रसायन इंजीनियरिंग, मैकेनिकल इंजीनियरिंग, गर्मी और बड़े पैमाने पर स्थानांतरण और मल्टीफ़ेज़ प्रवाह का प्रतिच्छेदन शामिल है।

उच्च प्रदर्शन मध्यम और उच्च तापमान चरण परिवर्तन गर्मी भंडारण सामग्री का विकास मध्यम और उच्च तापमान गर्मी भंडारण, विशेष रूप से सौर तापीय बिजली उत्पादन, औद्योगिक अपशिष्ट गर्मी वसूली और अन्य क्षेत्रों के क्षेत्र में बहुत महत्व रखता है।