Long-term thermal energy storage with cold-crystallizing materials - Method, properties and scale-up

Julkaisun otsikon käännös: Pitkäaikainen lämmön varastointi kylmäkiteytyvillä materiaaleilla: Menetelmä, ominaisuudet ja skaalaus

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Lämmön varastointi on houkutteleva tekniikka uusiutuvan energiatuotannon tasaamiseen, koska puolet maailman energian loppukulutuksesta on lämpöä, joka tuotetaan pääasiassa fossiilisilla polttoaineilla. Jos kompakti ja energiatehokas pitkäaikainen lämmön varastointi kehitettäisiin, uusiutuvan energiatuotannon käyttökelpoisuus paranisi, koska kausittaiset vaihtelut voitaisiin tasata tehokkaammin. Yksi potentiaalinen menetelmä toteuttaa pitkäaikainen lämmön varastointi on hyödyntää alijäähtymistä, lasisiirtymää ja kylmäkiteytymistä materiaalin sulamislämmön varastointiin ja purkuun. Tässä työssä analysoidaan tämän mentelmän käyttökelpoisuutta pitkäaikaiseen lämmön va-rastointiin valmistamalla sokerialkoholin ja polymeerin seoksia ja selvittämällä niiden termiset, morphologiset ja kiteytymisominaisuudet. Lisäksi, tässä työssä määritetään potentiaalisten kompositioiden tärkeimmät toiminnalliset parameterit käyttämällä lämpövarastoprototyyppiä ja tässä työssä kehitettyä kalorimetristä mittausjärjestelmää. Tulokset paljastivat, että materiaalin kiteytymismekanismi muuttuu lämpötilan laskiessa 1.2*Tg (Tg = lasisiirtymälämpötila (K)) alapuolelle ja kiteytymisnopeus hidastuu voimakkaasti 1.14*Tg alapuolella. Lisäksi, jäähdytyksen loppulämpötilan laskeminen alijäähdytysvaiheen aikana nopeutti seuraavan lämmityksen aikana tapahtuvaa kiteytymistä vakiolämpötilassa. Nämä muutokset selitettiin materiaalin energiamaiseman (energy landscape) ja sokerialkoholin konformaationaalisen joustavuuden kontekstissa. Potentiaalisin materiaali pitkäaikaiseen lämmön varastointiin saavutti 200 MJ/m3 suuruisen sulamislämmön, joka on tyypillisten faasimuutosmateriaalien keskitasoa. Tämä materiaali myös säilytti korkean varastointihyötysuhteen 10 °C lämpötilassa yhdeksän kuukauden ajan. Materiaalia pitäisi kuitenkin käyttää yhdistetyssä lyhyt- ja pitkäaikaisvarastoinnissa, jotta kokonaishyötysuhde säilyy korkealla tasolla (0.50-0.80). Tämän työn tulokset selittävät perimmäisiä syitä kiteytymiskäyttäytymisen muutoksessa 1.2*Tg alapuolella, jotka mahdollistavat alijäähtymisen, lasisiirtymän ja kylmäkiteytymisen hyödyntämisen lämmön pitkäaikaiseen varastointiin ja tehokkaaseen purkuun. Lisäksi, tulokset varmistivat tämän menetelmän toteuttamiskelpoisuuden lämmön varastointijärjestelmissä, minkä vuoksi kylmäkiteytyvät materiaalit ovat potentiaalisia vaihtoehtoja lämmön tuotannon hiilijalanjäljen pienentämisessä.
Julkaisun otsikon käännösPitkäaikainen lämmön varastointi kylmäkiteytyvillä materiaaleilla: Menetelmä, ominaisuudet ja skaalaus
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Santasalo-Aarnio, Annukka, Vastuuprofessori
  • Seppälä, Ari, Ohjaaja
  • Laukkanen, Timo, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-64-1132-3
Sähköinen ISBN978-952-64-1133-0
TilaJulkaistu - 2023
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • lämmön varastointi
  • faasimuutosmateriaali
  • alijäähtyminen
  • lasisiirtymä
  • kylmäkiteytyminen

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Pitkäaikainen lämmön varastointi kylmäkiteytyvillä materiaaleilla: Menetelmä, ominaisuudet ja skaalaus'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä