Technical review of thermal energy storage technologies for waste heat recovery and related applications
Kouvo, Jere (2021)
Diplomityö
2021
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021050628995
http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021050628995
Tiivistelmä
In this work different thermal energy storage technologies are reviewed and compared in their usefulness to be used in conjunction with waste heat recovery applications. Thermal energy storages can be categorized to sensible and latent heat storages, along with thermochemical storages which are not reviewed in this work. Sensible heat storages store energy by increasing the temperature of the storage material. Latent heat storages store energy in latent heat of phase change, usually melting.
Sensible heat storages are quite simple and commonly use cheap materials. Latent heat storages can store more energy in a smaller mass or volume than most sensible heat storages and have an additional benefit of doing so at a constant temperature level. However, they are generally more expensive than sensible heat storages and require further research in certain areas until they can be fully commercialized.
Sensible heat storage systems are identified as viable and also safer options for most applications, while latent heat storage technology offers more chances for development. Työssä tarkastellaan erilaisia termisiä varastoteknikoita ja vertaillaan niiden soveltuvuutta käytettäväksi hukkalämmön talteenoton yhteydessä. Termiset energiavarastot voidaan jaotella tuntuvaa lämpöä hyödyntäviin varastoihin, latenttilämpövarastoihin ja termokemiallisiin varastoihin, joista viimeisiä ei käsitellä tässä työssä. Tuntuva lämpö viittaa materiaalin sisäenergian kasvattamiseen sen lämpötilaa nostamalla. Latenttilämpövarastot taas sitovat ja vapauttavat energiaa varastoaineen olomuodonmuutoksissa.
Tuntuvat lämpövarastot ovat yksinkertaisia toimintaperiaatteeltaan ja hyödyntävät usein halpoja materiaaleja. Latenttilämpövarastot puolestaan kykenevät varastoimaan energiaa pienempään massaan ja tilavuuteen kuin tuntuvat lämpövarastot. Lisäksi latenttilämpövaraston lämpötila ei juuri muutu varastoa ladatessa tai purkaessa, mikä voidaan nähdä etuna. Latenttilämpövarastot ovat kuitenkin yleisesti ottaen kalliimpia kuin tuntuvat lämpövarastot, ja vaativat jatkotutkimusta tietyillä osa-alueilla ennen kuin niitä voidaan täysin hyödyntää kaupallisesti.
Tuntuvat lämpövarastot havaitaan käyttökelpoisiksi vaihtoehdoiksi useimpiin käyttökohteisiin ja ovat tässä vaiheessa niin teknisesti kuin taloudellisestikin varmempia vaihtoehtoja. Latenttilämpövarastoissa on puolestaan enemmän potentiaalia kehitykselle ja tätä myötä aseman luomiselle lämpövarastomarkkinoilla.
Sensible heat storages are quite simple and commonly use cheap materials. Latent heat storages can store more energy in a smaller mass or volume than most sensible heat storages and have an additional benefit of doing so at a constant temperature level. However, they are generally more expensive than sensible heat storages and require further research in certain areas until they can be fully commercialized.
Sensible heat storage systems are identified as viable and also safer options for most applications, while latent heat storage technology offers more chances for development.
Tuntuvat lämpövarastot ovat yksinkertaisia toimintaperiaatteeltaan ja hyödyntävät usein halpoja materiaaleja. Latenttilämpövarastot puolestaan kykenevät varastoimaan energiaa pienempään massaan ja tilavuuteen kuin tuntuvat lämpövarastot. Lisäksi latenttilämpövaraston lämpötila ei juuri muutu varastoa ladatessa tai purkaessa, mikä voidaan nähdä etuna. Latenttilämpövarastot ovat kuitenkin yleisesti ottaen kalliimpia kuin tuntuvat lämpövarastot, ja vaativat jatkotutkimusta tietyillä osa-alueilla ennen kuin niitä voidaan täysin hyödyntää kaupallisesti.
Tuntuvat lämpövarastot havaitaan käyttökelpoisiksi vaihtoehdoiksi useimpiin käyttökohteisiin ja ovat tässä vaiheessa niin teknisesti kuin taloudellisestikin varmempia vaihtoehtoja. Latenttilämpövarastoissa on puolestaan enemmän potentiaalia kehitykselle ja tätä myötä aseman luomiselle lämpövarastomarkkinoilla.