到目前為止，在陽光普照和風吹拂時儲存我們產(chǎn)生的能量一直是一個挑戰(zhàn)。但挪威特隆赫姆實驗室的研究人員成功地做到了這一點——而且完全沒有任何形式的先進電池技術。

從外面看，它像一個銀色的容器，側(cè)面有一個小圓窗，有幾根管子進出。熱量首先被吸入系統(tǒng)，然后在一段時間后再次釋放。

這個“容器”可以儲存晴天和刮風天產(chǎn)生的熱能，并在天氣變冷時再次釋放。驅(qū)動該系統(tǒng)的技術基于所謂的“相變材料”(PCM)與熱泵相結(jié)合。

事實上，能源可以是任何東西，包括太陽能電池板產(chǎn)生的電力、工廠建筑的廢熱或風力渦輪機的剩余能源。在這里，在SINTEF和NTNU運營的ZEB(零排放建筑)實驗室中，用于存儲的能源來自覆蓋建筑物大部分屋頂和朝南立面的太陽能電池板。

水是世界上最常見的相變材料

但什么是相變材料?AlexisSevault是SINTEFEnergyResearch的研究經(jīng)理，他非常樂意解釋。

事實上，水是一種最簡單、最常見的相變材料。當溫度低于零攝氏度時，它會變成冰晶，當溫度升高時會變成液體，當溫度接近100度時會變成蒸汽。水還具有在其不同階段表現(xiàn)不同的能力，最重要的是，它可以以液態(tài)形式儲存熱量。

科學家將相變材料或PCM命名為在不同相中表現(xiàn)不同并且還可以儲存熱量的材料。

有許多PCM在液態(tài)時可以儲存熱量。是什么讓這些材料變得有趣，并且在這種情況下非常實用，因為它們的熔點不是零度。

熔點：37攝氏度

這種特性使PCM可以用作所謂的“熱庫”。換句話說，作為電池。ZEB實驗室的銀色大容器中裝有一種在體溫下會熔化的PCM。

“該設備包含三噸基于植物油的液體生物蠟，不能用作食物，”Sevault說。“就像水變成冰一樣，當蠟變得足夠冷時，它就會變成固體、結(jié)晶材料。對于這種特殊的蠟來說，‘冷’意味著低于37度，”他說，并繼續(xù)補充道：

“但還有其他類型的生物蠟具有不同的熔點，都為許多類似的應用提供了機會。”

智能分子

如果我們詳細檢查生物蠟，我們會發(fā)現(xiàn)它是由在熱量方面表現(xiàn)非常經(jīng)濟的分子組成的。

為了節(jié)省能源，當生物蠟處于固相狀態(tài)時，分子會非常緊密地排列在一起。它們彼此靠近并保持相對靜止，就像浮冰上的一群冷企鵝一樣。

隨著材料熔化，將分子結(jié)合在一起的鍵松動，它們開始以我們所謂的動能移動。隨著周圍環(huán)境提供更多熱量，分子變得更加興奮。最后，他們從束縛中解脫出來，可以自由獨立地振動。當這種情況發(fā)生時，生物蠟已經(jīng)改變了它的相并變成了液體。

反之亦然。當蠟從液體變?yōu)楣腆w時，分子會將大部分動能釋放到周圍環(huán)境中。它們停止振動并開始再次聚集在一起以節(jié)省能量。然后蠟恢復為固體。

生物基免維護

這是研究人員正在銀容器中利用的現(xiàn)象。建筑物外部太陽能電池板收集的能量通過熱泵傳導到大“電池”中，在這里，生物蠟分子可以隨心所欲地跳舞——充滿液體能量。

當需要提取能量時，液態(tài)水被指定為“實用的能量載體”。首先，冷水通過蓄熱系統(tǒng)輸送。片刻之后，現(xiàn)在加熱的水從設備中釋放出來，并被引導到散熱器和通風系統(tǒng)，為建筑物提供加熱的空氣。

一個有效的，功能性的系統(tǒng)

現(xiàn)在，這項技術已作為ZEB實驗室供暖系統(tǒng)的一部分使用了一年多。

“基于PCM的儲熱系統(tǒng)提供的性能完全符合我們的預期，”AlexisSevault說。“我們盡可能多地利用建筑物的自產(chǎn)太陽能。我們還發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)非常適合所謂的‘調(diào)峰’”，他說。

“通過在一天中最冷的時間之前為生物電池充電，我們可以防止建筑物在特隆赫姆其他地區(qū)也遇到大量需求時消耗寶貴的電網(wǎng)電力，”Sevault說。“這為我們提供了一定程度的靈活性，也可以用來利用現(xiàn)貨價格的波動。當我們可以從太陽能、風能和廢熱中獲取能量時，我們可以為電池充電，并在電價高時提取輸出”他解釋說。

此外，運行的第一年提供了大量數(shù)據(jù)，研究人員現(xiàn)在將使用這些數(shù)據(jù)來優(yōu)化系統(tǒng)的設計和運行，以便提取盡可能多的輸出。

最適合工業(yè)應用

因此，該系統(tǒng)遠不如傳統(tǒng)電池復雜——但它并不適用于所有建筑物。作為一項新技術，投資成本居高不下。缺點是這樣的系統(tǒng)并不適合所有人。至少目前沒有。

Sevault說：“該系統(tǒng)非常適合工業(yè)和辦公樓，以及可以分配熱量的社區(qū)。”“它最好的部分是該技術幾乎無需維護。它將持續(xù)至少25年，”他說。

研究人員還致力于開發(fā)智能控制系統(tǒng)，以優(yōu)化輸出。這些將使整個系統(tǒng)能夠響應并根據(jù)其周圍環(huán)境的需求進行調(diào)節(jié)。這意味著在實踐中，系統(tǒng)的開發(fā)方式可能會受到天氣預報和電價波動等因素的影響。這項研究由SINTEF與NTNU合作進行。與NTNU和SINTEF的許多其他研究部門一起，研究人員建立了一個名為熱能存儲的雙子座中心。

SINTEF的衍生產(chǎn)品

開發(fā)“生物電池”或?qū)＜曳Q之為PCM儲熱系統(tǒng)的研究人員現(xiàn)在正在建立一家公司，旨在將該技術商業(yè)化。這是與SINTEF的內(nèi)部啟動支持部門SINTEFTTO合作進行的。

“我們設想，在ZEB實驗室經(jīng)過幾個月的測試后，我們可以安全地開始這一概念的商業(yè)化之旅，”Sevault說。“我們還與許多有興趣在2023年或2024年安裝試點系統(tǒng)的最終用戶建立了聯(lián)系。其中許多是擁有資源來擴大這一概念的工業(yè)公司，”他說。

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