مبادلات حرارة التيتانيوم المخصصة لتخزين الطاقة الكيميائية هيكل أنبوب مزدوج

مصنع مبادلات حرارة التيتانيوم المخصصة في تخزين الطاقة الكيميائية

تخزين الطاقة الكيميائية يشير إلى عملية تخزين الطاقة في شكل مركبات كيميائية وإطلاقها من خلال التفاعلات الكيميائية.خاصة في قطاعات الطاقة المتجددة (مثل الطاقة الشمسية والرياح) وأنظمة تخزين الطاقةتتضمن أنظمة تخزين الطاقة الكيميائية تقنيات مختلفة مثل تخزين الهيدروجين وبطاريات ليثيوم أيون وغيرها. يلعب مبادلات الحرارة دورًا حاسمًا في هذه الأنظمة.خاصة في العمليات التي تنطوي على نقل الحرارة وتنظيم درجة الحرارة.

دور مبادلات الحرارة في تخزين الطاقة الكيميائية

المبادل الحراري هو جهاز يستخدم لنقل الحرارة بين اثنين أو أكثر من السوائل. في أنظمة تخزين الطاقة الكيميائية ، يعمل المبادل الحراري وظائف رئيسية بعدة طرق:

1. نظام التحكم في درجة الحرارة والتفاعل: في بعض أنظمة تخزين الطاقة الكيميائية، تترافق التفاعلات الكيميائية (مثل تخزين هيدروجين وتفكيكه، شحن بطارية الليثيوم / تفريغها، الخ) مع تغيرات في درجة الحرارة.المبادلات الحرارية تساعد على نقل الحرارة المولدة أو الممتصة أثناء التفاعل للحفاظ على درجة حرارة التفاعل المثلىعلى سبيل المثال، في أنظمة تخزين الهيدروجين (مثل توليف الهيدروجين أو عمليات خلايا الوقود) ،المبادلات الحرارية تنظم درجة حرارة النظام لضمان عدم زيادة درجة حرارة التفاعل الكيميائي أو تبريده بشكل مفرط، مما يؤثر على إطلاق الطاقة والكفاءة.

2. تحسين الكفاءة: في العديد من تقنيات التخزين، مثل أنظمة تخزين الطاقة الحرارية الكيميائية (TCES) ، يتم استخدام مبادلات الحرارة لتحسين كفاءة تخزين الطاقة وإطلاقها.عن طريق التحكم في اختلاف درجة الحرارة وتدفق الحرارة، يمكن للمبادلات الحرارية أن تعظيم استغلال الطاقة الحرارية وتقليل فقدان الطاقة. في أنظمة التخزين الحراري الكيميائي،المبادلات الحرارية تستخدم لنقل الطاقة الحرارية من المفاعلات إلى وسائل التخزين (e(مثل الملحات الحرارية، هيدريدات المعادن) ، والتي يتم إطلاقها عند الحاجة.

3. تحسين حركية التفاعلات الكيميائية: تتطلب بعض تقنيات تخزين الطاقة الكيميائية ظروف درجة حرارة محددة للتفاعلات الكيميائية الفعالة.في بطاريات ليثيوم أيون، إذا كانت درجة الحرارة مرتفعة جدًا أو منخفضة جدًا ، يمكن أن تؤثر على أداء البطارية وعمرها. يساعد مبادلات الحرارة على ضمان أن تعمل البطارية ضمن نطاق درجة الحرارة المثلى لها.

تطبيقات مبادلات الحرارة في تقنيات تخزين الطاقة الكيميائية الشائعة

1. أنظمة تخزين الهيدروجين (طاقة إلى غاز): تخزين الهيدروجين هو تقنية تحويل الطاقة الكهربائية إلى الهيدروجين، والتي يمكن تخزينها ثم تحويلها لاحقًا إلى كهرباء.المبادلات الحرارية تحكم درجات حرارة التفاعل لضمان كفاءة وسلامة العمليات مثل التحليل الكهربائيكما أنها تلعب دورًا في ضغط الهيدروجين وتسييل الغاز، ونقل الحرارة من الغاز لضمان الاستقرار خلال هذه العمليات.

2. تخزين الطاقة الحرارية الكيميائية (TCES): في أنظمة تخزين الطاقة الحرارية الكيميائية، تستخدم التفاعلات الكيميائية لتخزين الطاقة وإطلاقها.المبادلات الحرارية حاسمة في التحكم في درجة حرارة التفاعل وتنظيم معدل التفاعلعلى سبيل المثال ، في تفاعلات امتصاص هيدروجين الهيدريد المعدني / إزالة الامتصاص ، يمكن للمبادلات الحرارية امتصاص الحرارة وتخزينها ، ثم إطلاق الحرارة عند الحاجة إلى إنتاج الطاقة.

3. بطاريات الصوديوم والكبريت (بطاريات NaS): بطاريات الصوديوم والكبريت هي نوع من أنظمة تخزين الطاقة عالية درجة الحرارة، والتي تعمل في درجات حرارة حوالي 300~350 درجة مئوية.المبادلات الحرارية ضرورية في هذه البطاريات لإزالة الحرارة ونقلها إلى البيئة المحيطة، الحفاظ على درجة حرارة مثالية للتفاعلات الكيميائية داخل البطارية.

4. تخزين طاقة الملح المنصهر: في أنظمة الطاقة الشمسية المركزة (CSP) ، غالبًا ما تستخدم الأملاح المنصهرة كوسائط تخزين الحرارة.المبادلات الحرارية في أنظمة تخزين الملح المنصهر ضرورية لنقل الحرارة من الملحات المنصهرة إلى مولدات البخار، والتي تستخدم بعد ذلك لدفع التوربينات لتوليد الكهرباء. المبادلات الحرارية تضمن نقل الحرارة بكفاءة وتمنع الإفراط في التسخين أو توزيع درجة الحرارة غير المتساوية في النظام.

أنواع مبادلات الحرارة

تقنيات تخزين الطاقة الكيميائية المختلفة لها متطلبات مختلفة للمبادلات الحرارية ، لذلك يتم استخدام أنواع مختلفة اعتمادًا على التطبيق. وتشمل الأنواع الشائعة للمبادلات الحرارية:

• مُبادل الحرارة القشرية والأنبوبية: يتكون من غلاف وسلسلة من الأنابيب التي يتدفق من خلالها السوائل. يستخدم هذا النوع على نطاق واسع في أنظمة تخزين الطاقة على نطاق واسع.
• محول الحرارة الصفيحة: تتكون من ألواح معدنية متعددة مكدسة ، وهذا النوع أكثر تكثيفًا ويتم استخدامه عادةً في الأنظمة التي تتطلب نقلًا سريعًا للحرارة أو درجات حرارة سائل أقل ،مثل أجهزة تخزين الطاقة الكيميائية الصغيرة.
• مبادلة حرارة الأنبوب: تتميز بالصفائح المرفقة على الأنابيب لزيادة مساحة سطح نقل الحرارة. يستخدم هذا النوع في الأنظمة التي تتطلب انبعاثات حرارة عالية.
• مبادلة الحرارة المبردة بالهواء: يستخدم الهواء لتبريد السوائل داخل النظام، وغالبا ما تستخدم في الأنظمة التي تكون فيها السوائل أو وسائل التبريد الأخرى أقل جاذبية أو أكثر تكلفة.

الاستنتاج

المبادلات الحرارية تلعب دورًا حاسمًا في أنظمة تخزين الطاقة الكيميائية من خلال تنظيم درجات حرارة التفاعل وتحسين كفاءة تحويل الطاقة وضمان استقرار عملية التخزين.مع استمرار تطوير تقنيات تخزين الطاقة الجديدة، تصميم وتطبيق مبادلات الحرارة تتطور أيضا لتلبية احتياجات الإدارة الحرارية من أنظمة التخزين المختلفة.