Αποθήκευση Θερμικής Ενέργειας

Το Εθνικό Κέντρο Έρευνας Φυσικών Επιστημών “Δημόκριτος”, συνεχίζοντας μία μακρά παράδοση, διοργάνωσε από 4 έως 15 Ιουλίου 2016 Θερινό Σχολείο προσανατολισμού και ενημέρωσης, που απευθύνεται σε πτυχιούχους και τελειόφοιτους ΑΕΙ/ΤΕΙ.

Οι διαλέξεις του Θερινού Σχολείου καλύπτουν τις παρακάτω θεματικές περιοχές:

• Περιβάλλον – Ενέργεια – Ασφάλεια
• Προηγμένα Υλικά, Μικρο – Νανοτεχνολογία & Διατάξεις
• Βασική Έρευνα στις Φυσικές Επιστήμες
• Τεχνολογίες Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών
• Επιστήμες Ζωής
• Νέες Τεχνολογίες και Πολιτιστική Κληρονομιά.

Οι διαλέξεις του Θερινού Σχολείου πραγματοποιήθηκαν από διακεκριμένους επιστήμονες από Ερευνητικά Κέντρα και Πανεπιστήμια της Ελλάδας και του εξωτερικού  και του ΕΚΕΦΕ ''Δ''. Επίσης στο πλαίσιο του Θ.Σ. πραγματοποιήθηκαν επισκέψεις στις εργαστηριακές εγκαταστάσεις του κέντρου και πρακτική εξάσκηση σε επιλεγμένα εργαστήρια.

Περίληψη της ομιλίας:

Παρουσιάζονται οι βασικές τεχνικές αποθήκευσης θερμικής ενέργειας που εφαρμόζονται σε συστήματα εκμετάλλευσης θερμικής ηλιακής ενέργειας. Γίνεται διάκριση στις τρεις χαρακτηριστικές περιοχές θερμοκρασιών λειτουργίας αυτών των συστημάτων, όπως οι χαμηλές (< 100ºC), οι μεσαίες (100ºC-250ºC) και οι υψηλές (> 250ºC) θερμοκρασίες αντίστοιχα. Επιπλέον, υπάρχει μια άλλη βασική διάκριση ανάμεσα σε αποθήκευση υπό μορφή είτε αισθητής είτε λανθάνουσας θερμότητας (σε υλικά αλλαγής φάσης) και αναφέρονται χαρακτηριστικά υλικά και οι εφαρμογές τους.
 

Σε ό,τι αφορά τις χαμηλές θερμοκρασίες, αυτές αφορούν κυρίως την παραγωγή ζεστού νερού χρήσης και το αποθηκευτικό μέσο είναι κατά κανόνα το νερό. Σε ό,τι αφορά τις περιοχές των μεσαίων και υψηλών θερμοκρασιών, υπάρχουν δύο κυρίως εφαρμογές : α) παραγωγή ηλεκτρικής ισχύος, είτε μεγάλης είτε μικρής κλίμακας και β) παραγωγή ατμού για χρήση σε βιομηχανικές διεργασίες. Στην πρώτη περίπτωση απαιτείται μεγάλη συγκέντρωση της ηλιακής ακτινοβολίας και θερμοκρασίες που φτάνουν στην περιοχή των 500-600ºC ενώ στην δεύτερη περίπτωση μέχρι τους 250ºC.
 

Αναφορικά με τις υψηλές θερμοκρασίες και την μεγάλης κλίμακας ηλεκτροπαραγωγή (ηλιοθερμικοί σταθμοί) η αποθήκευση επιτυγχάνεται με χρήση λιωμένων αλάτων, τα οποία χρησιμεύουν και ως ρευστά μεταφοράς της θερμότητας. Η αποθήκευσή τους γίνεται είτε σε μια ενιαία δεξαμενή (αποθήκευση θερμοκίνης) είτε σε σύστημα δύο δεξαμενών με διαχωρισμό ψυχρού ζεστού αποθηκευτικού μέσου. Επιπλέον έχει διερευνηθεί και η χρήση σε στερεά μέσα, όπως κεραμικά υλικά και με αέρα ως εργαζόμενο ρευστό ή και σε τσιμέντο.
 

Για την μεσαία περιοχή θερμοκρασιών (100ºC-250ºC), οι τεχνικές αποθήκευσης έχουν μελετηθεί λιγότερο και ο τομέας παρουσιάζει μεγάλο ερευνητικό ενδιαφέρον. Έχουν χρησιμοποιηθεί εδώ τεχνικές αποθήκευσης σε στερεά μέσα (αισθητή θερμότητα), συσσωρευτές ατμού, υλικά αλλαγής φάσης (PCM), για αποθήκευση είτε μικρής είτε μέσης διάρκειας που συνήθως αναφέρεται σε ημερήσια βάση. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρρουσιάζει η περίπτωση των PCM, με τα οποία επιτυγχάνεται θερμοκρασιακή σταθερότητα κατά την διάθεση της αποθηκευμένης ενέργειας προς χρήση (εκφόρτιση), όμως το κόστος τους είναι σχετικά υψηλό και η θερμική τους αγωγιμότητα χαμηλή. Έτσι η ερευνητική δραστηριότητα στο αντικείμενο διεθνώς είναι συνεχής και εστιάζεται στους δύο προαναφερθέντες παράγοντες, με στόχο την επίτευξη οικονομικά εφικτών και βιώσιμων τεχνολογιών.