マグネシアへのナトリウム熱伝達の保管試験を受ける

Jun 07, 2023

投稿日2022年12月5日2023年7月11日著者スーザン・クレーマー

ASTRIの資金提供により、ベンチトップ規模のナトリウム実験室でのマグネシアレンガのプロトタイプテスト。 画像@伝熱流体としてナトリウムを使用した充填層熱エネルギー貯蔵プロトタイプの開発

太陽研究者は、液体金属を使用して、積み重ねられたセラミックマグネシアレンガでの熱エネルギー貯蔵をテストしています。 熱媒体としてのナトリウム。マグネシアレンガは単一の貯蔵タンク内の充填層に保持されます。 したがって、サーモクライン貯蔵を利用して、液体ナトリウムを高温および「冷却」（150°C）状態の両方で含むことになります。

重工業用の集中太陽熱 (CST) 処理には、高温の材料が必要です。 液体ナトリウムとマグネシアはどちらも、このような高温エネルギー貯蔵に適しています。

エネルギーを貯蔵する必要性は、今日の再生可能エネルギーだけで問題になったわけではありません。 ガスは常に広大な地下洞窟に貯蔵されてきました。 石油は巨大な地下タンクと国の石油備蓄に保管されています。 石炭は発電所の外に山積みされているか、大陸をゆっくりと移動する列車の車内で待機しています。

電力網には蓄電が必要です。 太陽光発電の熱形態である CSP では、貯蔵は熱です。 熱い溶融塩の中で。 これらは熱を伝達し、約 560°C で蓄えます。 この種の太陽光発電は、石炭や原子力発電所と同様に、火力発電所を使用して蒸気から電気を生成します。 これらの蒸気タービン システムに必要な温度は約 400°C だけです。

現在、産業プロセスに熱を供給するために燃焼中の化石燃料に代わって集中太陽熱（CST）が使われ始めているため、貯蔵はさらに重要になっています。 これらのプロセスは、夏も冬も、800°C 以上の高温で 24 時間稼働する必要があります。

より高い温度を達成するために、CST の研究者は熱を伝達し、熱を保つための新しい技術を研究しています。 1 つの方法は、タスクを 2 つのマテリアルに分割することです。 高温の伝達に最適な流体は、熱を蓄えるのに最適な固体材料を加熱できます。

このため、CST 分野の研究者は、うまく連携してより高い温度を達成できる伝熱流体と蓄熱材料を研究しています。

オーストラリア国立大学 (ANU) のチームは、新しい組み合わせをテストすることを提案しています。 彼らの論文「伝熱流体としてナトリウムを使用した充填層熱エネルギー貯蔵プロトタイプの開発」と SolarPACES2022 のプレゼンテーションで彼らの研究について説明しています。

彼らは、熱伝達流体として液体ナトリウムを試し、低コストの商用グレードのマグネシアのレンガに熱を蓄えることを試みています。このレンガは、セラミックとして、ほとんどの岩石よりも熱を吸収し、保持することができます。 ナトリウムの動作範囲は 100°C ～ 800°C で、溶融塩 (290°C ～ 565°C) よりもはるかに高温で、動作範囲がはるかに広いです。

「ナトリウムは、その高温能力と幅広い液体範囲により、高温システムにとって非常に興味深い流体となる可能性があります」と、筆頭著者でANU准教授のジョー・コベントリー氏は述べた。 「また、マグネシアレンガは、750℃のナトリウムと接触しても良好な熱力学的安定性を示します。 さらに、それらは製鉄において耐火ライナーとして使用される非常に標準的な市販製品にすぎません。 まとめ買いも可能です。 供給に関しては全く心配ありません。」

FactSage でのモデリングに従って、有望なセラミックを特定します。 マグネシアを利用して、チームは大学のナトリウム研究室でベンチスケールのプロトタイプを構築しました。 ここでは、この充填層システムのパフォーマンスのシミュレーションの精度をテストします。

この形式の熱エネルギー貯蔵では、非常に高い温度を保持する岩、小石、または砂が容器に詰められます。 固体材料は、気体または液体の熱伝達流体によって加熱されます。 空気や超臨界 CO2 などのガスは非常に高温になる可能性があります。

熱伝達流体として液体金属を用いた充填床に最適なセラミックを見つけることは、例えば、クラリッサ・ニーダーマイヤー氏が率いるカールスルーエ工科大学（KIT）の液体金属研究所などで、高温研究の関心のもう一つの分野である。