ऊष्मीय ऊर्जा भंडारण: Difference between revisions
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==== गर्म चट्टानों या कंक्रीट में ताप भंडारण ==== | ==== गर्म चट्टानों या कंक्रीट में ताप भंडारण ==== | ||
पानी में 4.2 केजे/(केजी⋅के) पर उच्चतम थर्मल क्षमता है, जबकि कंक्रीट में इसका प्रायः एक तिहाई है। दूसरी ओर, कंक्रीट को बहुत अधिक तापमान (1200 डिग्री सेल्सियस) तक गर्म किया जा सकता है, उदाहरण के लिए विद्युत ताप और इसलिए इसकी समग्र आयतन क्षमता बहुत अधिक होती है। इस प्रकार नीचे दिए गए उदाहरण में, प्रायः 2.8 एम<sup>3</sup> का एक आवरणयुक्त घन परितप्त अनुरोध के 50% के पूरन के लिए एकल घर के लिए पर्याप्त भंडारण प्रदान करेगा। यह, सिद्धांत रूप में, उच्च तापमान तक पहुँचने के लिए विद्युत ताप की क्षमता के कारण अधिशेष हवा या सौर ताप को संग्रहीत करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। प्रतिवैस स्तर पर, दक्षिणी [[जर्मनी]] में [[Friedrichshafen|फ्रेडरिकशफेन]] में विगेनहाउज़ेन-सूद सौर विकास ने अंतरराष्ट्रीय स्तर पर ध्यान आकर्षित किया है। इसमें 12,000 | पानी में 4.2 केजे/(केजी⋅के) पर उच्चतम थर्मल क्षमता है, जबकि कंक्रीट में इसका प्रायः एक तिहाई है। दूसरी ओर, कंक्रीट को बहुत अधिक तापमान (1200 डिग्री सेल्सियस) तक गर्म किया जा सकता है, उदाहरण के लिए विद्युत ताप और इसलिए इसकी समग्र आयतन क्षमता बहुत अधिक होती है। इस प्रकार नीचे दिए गए उदाहरण में, प्रायः 2.8 एम<sup>3</sup> का एक आवरणयुक्त घन परितप्त अनुरोध के 50% के पूरन के लिए एकल घर के लिए पर्याप्त भंडारण प्रदान करेगा। यह, सिद्धांत रूप में, उच्च तापमान तक पहुँचने के लिए विद्युत ताप की क्षमता के कारण अधिशेष हवा या सौर ताप को संग्रहीत करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। प्रतिवैस स्तर पर, दक्षिणी [[जर्मनी]] में [[Friedrichshafen|फ्रेडरिकशफेन]] में विगेनहाउज़ेन-सूद सौर विकास ने अंतरराष्ट्रीय स्तर पर ध्यान आकर्षित किया है। इसमें 12,000 एम<sup>3</sup> (420,000 घन फीट ) प्रबलित कंक्रीट थर्मल भंडारण 4,300 एम<sup>2</sup> (46,000 वर्ग फुट ) सौर संग्राहक से संकलित हैं, जो 570 घरों को उनके परितप्त और गर्म पानी के प्रायः 50% के साथ आपूर्ति करने की विशेषता बताती हैं। सीमेंस-गमेसा ने बेसाल्ट में 750 डिग्री सेल्सियस और 1.5 मेगावाट विद्युत उत्पादन के साथ हैम्बर्ग के पास 130 मेगावाट का थर्मल भंडारण बनाया।<ref>{{cite web |title=World first: Siemens Gamesa begins operation of its innovative electrothermal energy storage system |url=https://www.siemensgamesa.com/newsroom/2019/06/190612-siemens-gamesa-inauguration-energy-system-thermal |access-date=27 July 2019}}</ref><ref>{{cite web|url=http://www.utilitydive.com/news/siemens-project-to-test-heated-rocks-for-large-scale-low-cost-thermal-ener/428055/|title=बड़े पैमाने पर, कम लागत वाली तापीय ऊर्जा भंडारण के लिए गर्म चट्टानों का परीक्षण करने के लिए सीमेंस परियोजना|date=12 October 2016|work=Utility Dive|access-date=15 October 2016|url-status=live|archive-url=https://web.archive.org/web/20161013142750/http://www.utilitydive.com/news/siemens-project-to-test-heated-rocks-for-large-scale-low-cost-thermal-ener/428055/|archive-date=13 October 2016}}</ref> इसके समान एक प्रणाली सोरो, [[डेनमार्क]] के लिए निर्धारित की गई है, जिसमें संग्रहीत 18 एमडबल्यूएच के ताप का 41-58% नगर के जिला परितप्त के लिए प्रतिगमित किया जाता है, और 30-41% विद्युत के रूप में प्रतिगमित किया जाता है।<ref>{{cite web |url=https://ing.dk/artikel/nyt-energilager-skal-opsamle-groen-energi-varme-sten-189135 |title=Nyt energilager skal opsamle grøn energi i varme sten |work=[[Ingeniøren]] |date=25 November 2016 |access-date=26 November 2016 |url-status=live |archive-url=https://web.archive.org/web/20161126163649/https://ing.dk/artikel/nyt-energilager-skal-opsamle-groen-energi-varme-sten-189135 |archive-date=26 November 2016 }}</ref> | ||
"ब्रिक टोस्टर" वर्तमान (अगस्त 2022) में घोषित किया गया है कि 1,500 डिग्री सेल्सियस (2,732 डिग्री फ़ारेनहाइट) तक के तापमान पर संचालित अभिनव ताप भंडार की घोषणा की गई है, जिसके निर्माता टाइटन सीमेंट/रोंडो का दावा है कि 15 वर्षों में वैश्विक कार्बन डाइऑक्साइड के उत्पादन को 15% तक कम करने में सक्षम होना चाहिए।<ref>[https://rondo.com/news/titan-joins-rondo-energys-series-a-financing-round Makers claim:Rondo Heat Battery]</ref> | "ब्रिक टोस्टर" वर्तमान (अगस्त 2022) में घोषित किया गया है कि 1,500 डिग्री सेल्सियस (2,732 डिग्री फ़ारेनहाइट) तक के तापमान पर संचालित अभिनव ताप भंडार की घोषणा की गई है, जिसके निर्माता टाइटन सीमेंट/रोंडो का दावा है कि 15 वर्षों में वैश्विक कार्बन डाइऑक्साइड के उत्पादन को 15% तक कम करने में सक्षम होना चाहिए।<ref>[https://rondo.com/news/titan-joins-rondo-energys-series-a-financing-round Makers claim:Rondo Heat Battery]</ref> | ||
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==== | ==== अधिशोषण (या शोषण) सौर ताप और भंडारण ==== | ||
अधिशोषण प्रक्रियाएँ भी इसी श्रेणी में आती हैं। इसका उपयोग न केवल | अधिशोषण प्रक्रियाएँ भी इसी श्रेणी में आती हैं। इसका उपयोग न केवल थर्मल ऊर्जा को संग्रहित करने के लिए किया जा सकता है, यद्यपि वायु की आर्द्रता को नियंत्रित करने के लिए भी किया जा सकता है। [[जिओलाइट्स]] (सूक्ष्मछिद्री क्रिस्टलीय एल्यूमिना-सिलिकेट्स) और सिलिका जैल इस उद्देश्य के लिए उपयुक्त हैं। गर्म, नम वातावरण में, इस तकनीक का उपयोग प्रायः पानी को ठंडा करने के लिए लिथियम क्लोराइड के संयोजन में किया जाता है। | ||
पानी | पानी अधिशोषित के साथ लिंडे 13X जैसे संश्लेषित जिओलाइट्स की कम लागत ($200/टन) और उच्च चक्र दर (2,000×) ने वर्तमान में थर्मल ऊर्जा भंडारण (टीईएस) के लिए विशेष रूप से निम्न-श्रेणी सौर ऊर्जा और अपशिष्ट ऊष्मा के उपयोग के लिए बहुत अकादमिक और व्यावसायिक रुचि अर्जित की है। यूरोपीय संघ में 2000 से वर्तमान (2020) तक कई आरंभिक परियोजनाओं को वित्त पोषित किया गया है। मूल अवधारणा सौर थर्मल ऊर्जा को जिओलाइट में रासायनिक अव्यक्त ऊर्जा के रूप में संग्रहित करना है। सामान्यतः, समतल प्लेट सौर संग्राहकों से गर्म शुष्क हवा को जिओलाइट के एक संस्तर के माध्यम से प्रवाहित किया जाता है, ताकि कोई भी पानी अधिशोषित शेष रह जाए तो उसे वाष्पित कर दिया जाता हैं। जिओलाइट की मात्रा और सौर थर्मल पैनलों के क्षेत्र के आधार पर भंडारण दैनिक, साप्ताहिक, मासिक या ऋतुनिष्ट भी हो सकता है। जब रात के समय, या बिना धूप के घंटों, या सर्दियों के समय ऊष्मा की आवश्यकता होती है, तो आर्द्रीकृत हवा जिओलाइट के माध्यम से बहती है। चूंकि जिओलाइट द्वारा नमी को अवशोषित किया जाता है, ताप को हवा में और तत्पश्चात् निर्माण क्षेत्र में छोड़ दिया जाता है। जिओलाइट्स के विशिष्ट उपयोग के साथ टीईएस का यह रूप सर्वप्रथम 1978 में गुएरा द्वारा सिखाया गया था। गलित लवण और अन्य उच्च तापमान टीईएस पर लाभ में सम्मिलित हैं कि (1) आवश्यक तापमान केवल एक सौर समतल प्लेट थर्मल संग्रहक के स्थिरीकरण तापमान है, और (2) जब तक जिओलाइट को सूखा रखा जाता है, तब तक ऊर्जा अनिश्चित काल के लिए संग्रहीत होती है। कम तापमान के कारण, और क्योंकि ऊर्जा अधिशोषण की अव्यक्त ताप के रूप में संग्रहीत होती है, इस प्रकार गलित लवण भंडारण प्रणाली की पृथक्कर्ण आवश्यकताओं को समाप्त कर देती है, जिसकी लागत अधिक कम होती है। | ||
==== नमक | ==== लवण जलयोजन तकनीक ==== | ||
लवण जलयोजन तकनीक रासायनिक प्रतिक्रिया ऊर्जा पर आधारित प्रायोगिक भंडारण प्रणाली का एक उदाहरण है। जब लवण जलयोजित या निर्जलित होते हैं तो प्रणाली निर्मित प्रतिक्रिया ऊर्जा का उपयोग करता है। यह 50% [[सोडियम हाइड्रॉक्साइड]] (एनएओएच) घोल वाले पात्र में उष्मा संग्रहित करके काम करता है । उष्मा (जैसे सौर संग्राहक का उपयोग करने से) एक ऊष्माशोषी प्रतिक्रिया में पानी को वाष्पित करके संग्रहित किया जाता है। जब पानी पुनः जोड़ा जाता है, तो 50 डिग्री सेल्सियस (120 डिग्री फारेनहाइट) पर ऊष्माक्षेपी प्रतिक्रिया में ताप निष्कासित होती है। वर्तमान प्रणाली 60% दक्षता पर काम करते हैं। ऋतुनिष्ट थर्मल ऊर्जा भंडारण के लिए प्रणाली विशेष रूप से लाभप्रद है, क्योंकि सूखे नमक को कमरे के तापमान पर, बिना ऊर्जा हानि के लंबे समय तक संग्रहीत किया जा सकता है। निर्जलित नमक वाले पात्रों को विभिन्न स्थान पर भी ले जाया जा सकता है। इस प्रणाली में पानी में संग्रहीत ताप की तुलना में उच्च [[ऊर्जा घनत्व]] होता है और प्रणाली की क्षमता को कुछ महीनों से लेकर वर्षों तक ऊर्जा संग्रहीत करने के लिए अभिकल्पित किया जा सकता है।<ref>{{cite web |last1=Rainer |first1=Klose |title=Seasonal energy storage: Summer heat for the winter |url=https://www.empa.ch/web/s604/naoh-heat-storage |publisher=Empa |location=Zurich, Switzerland |url-status=live |archive-url=https://web.archive.org/web/20170118233147/https://www.empa.ch/web/s604/naoh-heat-storage |archive-date=18 January 2017 }}</ref> | |||
वर्ष 2013 में डच टेक्नोलॉजी डेवलपर टीएनओ ने नमक पात्र में ताप संग्रहीत करने के लिए मेरिट्स प्रोजेक्ट के परिणाम प्रस्तुत किए। ताप, जो एक छत पर सौर संग्राहक से प्राप्त की जा सकती है, नमक में निहित पानी को बाहर निकाल देती है। जब पानी पुनः डाला जाता है, तो प्रायः बिना किसी ऊर्जा हानि के, ऊष्मा मुक्त हो जाती है। कुछ क्यूबिक मीटर नमक वाला एक पात्र इस ऊष्मरासायनिक ऊर्जा को पूरे सर्दियों में एक घर को गर्म करने के लिए पर्याप्त रूप से संग्रहीत कर सकता है। नीदरलैंड जैसे शीतोष्ण जलवायु में, एक सामान्य कम ऊर्जा वाले परिवार को प्रायः 6.7 जी जे/सर्दियों की आवश्यकता होती है। इस ऊर्जा को पानी में (70 डिग्री सेल्सियस के तापमान अंतर पर) संग्रहीत करने के लिए, 23 मी<sup>3</sup> आवरणयुक्त पानी के भंडारण की आवश्यकता होगी, जो अधिकांश घरों की भंडारण क्षमता से अधिक है। प्रायः 1 जी जे/ मी<sup>3</sup> के भंडारण घनत्व के साथ लवण जलयोजन तकनीक का उपयोग करना, 4–8मी<sup>3</sup> पर्याप्त हो सकता है।<ref>MERITS project Compact Heat Storage. {{cite web|url=http://www.merits.eu/processflow|title=MERITS|url-status=live|archive-url=https://web.archive.org/web/20170815023540/http://www.merits.eu/processflow|archive-date=15 August 2017|access-date=10 July 2017}} <!-- original citation: "An average low-energy household has an energy demand in the winter of about 6.7 GJ/year. (For comparision: An average 4 person household in Germany uses on average rather 67 GJ/year). For the storage of this energy of 6.7 GJ in water (?T = 70 K) a volume of 23 m<sup>3</sup> would be needed, which is not possible for most households. Salt hydrates have a storage density of a minimum of 1 GJ/m<sup>3</sup> (depending on operating conditions) and no loss of heat occurs during storage. Using salt hydrates, a storage volume of 4-8 m<sup>3</sup> would ideally be sufficient. The energy density of the thermochemical material will determine the precise volume of the storage system, the cost and the storage capacity. Especially for the long term, compact thermal storage is of the utmost importance. In 2050, over 70% of the current dwellings will still be present! This means that the existing houses today will have to be retrofitted with thermal storage installations in order for them to be energy neutral in 2050."--></ref> | |||
वर्ष 2016 तक, कई देशों के शोधकर्ता सर्वोत्तम प्रकार के नमक, या नमक मिश्रण को निर्धारित करने के लिए प्रयोग कर रहे हैं। पात्र के भीतर कम दबाव ऊर्जा परिवहन के लिए अनुकूल लगता है।<ref>{{cite journal |doi=10.1016/j.egypro.2016.06.187 |title=Thermochemical Heat Storage – from Reaction Storage Density to System Storage Density |journal=Energy Procedia |volume=91 |pages=128–37 |year=2016 |last1=De Jong |first1=Ard-Jan |last2=Van Vliet |first2=Laurens |last3=Hoegaerts |first3=Christophe |last4=Roelands |first4=Mark |last5=Cuypers |first5=Ruud |doi-access=free }}</ref> विशेष रूप से आशाजनक जैविक लवण हैं, जिन्हें आयनिक तरल कहा जाता है। लिथियम हलाइड आधारित शोषक की तुलना में वे सीमित वैश्विक संसाधनों के आधार में कम समस्याग्रस्त हैं, और अधिकांश अन्य हैलाइड्स और सोडियम हाइड्रॉक्साइड (एनएओएच) की तुलना में वे कम संक्षारक हैं और सीओ2 संदूषणों से नकारात्मक रूप से प्रभावित नहीं होते हैं।<ref>{{cite journal |doi= 10.1002/chem.201602723 |title=ऊष्मीय ऊर्जा भंडारण के लिए सोर्प्शन सामग्री डिजाइन करने में कैलोरीमेट्रिक अध्ययन और आयनिक तरल पदार्थों के संरचनात्मक पहलू|journal=Chemistry: A European Journal |volume=22 |issue=45 |pages=16200–16212 |year=2016 |last1=Brünig |first1=Thorge |last2=Krekic |first2=Kristijan |last3=Bruhn |first3=Clemens |last4=Pietschnig |first4=Rudolf |pmid=27645474 |pmc=5396372 }}</ref> | |||
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* [[ कार्नाट बैटरी ]] | * [[ कार्नाट बैटरी ]] | ||
* एक स्रोत से जिले को उष्मा या गर्म पानी की आपूर्ति | * एक स्रोत से जिले को उष्मा या गर्म पानी की आपूर्ति | ||
* | * गलनक्रांतिक प्रणाली | ||
* [[ | * [[ अग्नि रहित लोकोमोटिव ]] | ||
* [[भू - तापीय ऊर्जा]] | * [[भू - तापीय ऊर्जा]] | ||
* [[भूतापीय | * [[भूतापीय शक्ति]] | ||
* | * तापन क्षमता | ||
* [[बर्फ भंडारण | * [[बर्फ भंडारण वातानुकूलक]] | ||
* [[लैम-होनिगमैन प्रक्रिया]] | * [[लैम-होनिगमैन प्रक्रिया]] | ||
* [[तरल नाइट्रोजन अर्थव्यवस्था]] | * [[तरल नाइट्रोजन अर्थव्यवस्था]] | ||
* [[ऊर्जा भंडारण परियोजनाओं की सूची]] | * [[ऊर्जा भंडारण परियोजनाओं की सूची]] | ||
* | * अवस्था परिवर्तन सामग्री | ||
* [[पंप करने योग्य बर्फ प्रौद्योगिकी]] | * [[पंप करने योग्य बर्फ प्रौद्योगिकी]] | ||
* [[भाप संचायक]] | * [[भाप संचायक]] | ||
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* [[ | * [[ऊष्मीय बैटरी]] | ||
* [[ समान यांत्रिक कोड ]] | * [[ समान यांत्रिक कोड ]] | ||
* [[ | * [[अपरिवर्तनशील सौर ऊर्जा और अंतर्जलीय (हाइड्रोनिक्स) कोड]] | ||
* [[यूनाइटेड स्टेट्स डिपार्टमेंट ऑफ़ एनर्जी | * [[यूनाइटेड स्टेट्स डिपार्टमेंट ऑफ़ एनर्जी अंतर्राष्ट्रीय ऊर्जा भंडारण डेटाबेस]] | ||
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थर्मल ऊर्जा भंडारण ( टीईएस ) व्यापक रूप से विभिन्न तकनीकों के साथ उपलब्ध किया जाता है। विशिष्ट तकनीक के आधार पर, यह अतिरिक्त तापीय ऊर्जा को संग्रहीत करने और घंटों, दिनों, महीनों बाद, व्यक्तिगत प्रक्रिया, भवन, बहु-उपयोगकर्ता-भवन, जिला, शहर या क्षेत्र से लेकर पैमाने पर उपयोग करने की अनुमति देता है। उपयोग के उदाहरण हैं दिन और रात के बीच ऊर्जा के अनुरोध का संतुलन, सर्दियों के ताप के लिए ग्रीष्म ऋतु के ताप का भंडारण, या गर्मियों में एयर कंडीशनिंग (ऋतुनिष्ठ तापीय ऊर्जा भंडारण) के लिए सर्दी की शीतलता। भंडारण मीडिया में पानी या बर्फ-विपंक टैंक, मूल पृथ्वी के द्रव्यमान या बोरहोल के माध्यम से ताप विनिमयक के साथ तलशिला का अभिगम, अभेद्य स्तर के बीच सम्मिलित गह्वर जलदायी स्तर; उथले, पंक्तिबद्ध गड्ढे बजरी और पानी से भरे हुए और शीर्ष पर आवरणयुक्त है, साथ ही गलनक्रांतिक समाधान और कलान्तर सामग्री सम्मिलित हैं।[4][5]
भंडारण के लिए थर्मल ऊर्जा के अन्य स्रोतों में अनत्युच्च से ताप पंपों के साथ उत्पादित ताप या ठंडक , कम लागत वाली विद्युत शक्ति, एक अभ्यास जिसे पीक शेविंग कहा जाता है; संयुक्त ताप और विद्युत (सीएचपी) विद्युत संयंत्रों से ताप; अक्षय विद्युत ऊर्जा द्वारा उत्पादित ताप जो विद्युत् वितरण तंत्र की अनुरोध से अधिक है और औद्योगिक प्रक्रियाओं से अपशिष्ट ताप सम्मिलित है। ताप भंडारण, ऋतु-संबंधी और अल्पावधि दोनों, परिवर्तनीय नवीकरणीय विद्युत ऊर्जा के उच्च अंशों को सस्ते में संतुलित करने और ऊर्जा प्रणालियों में विद्युत और तापीय क्षेत्रों के एकीकरण के लिए प्रायः या संपूर्णता से नवीकरणीय ऊर्जा द्वारा सिंचित एक महत्वपूर्ण साधन माना जाता है।[6][7][8][9]
श्रेणियां
विभिन्न प्रकार के तापीय ऊर्जा भंडारण को तीन अलग-अलग श्रेणियों संवेद्य ऊष्मा, गुप्त ऊष्मा और ताप-रासायनिक ताप भंडारण में विभाजित किया जा सकता है। इनमें से प्रत्येक के विभिन्न लाभ और नुकसान हैं जो उनके अनुप्रयोगों को निर्धारित करते हैं।
संवेद्य ऊष्मा भंडारण
संवेद्य ऊष्मा भंडारण (एसएचएस) सबसे सरल तरीका है। इसका सरल अर्थ है कि किसी माध्यम का तापमान या तो बढ़ा या घटा है। इस प्रकार का भंडारण तीनों में से सबसे अधिक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध है; अन्य तकनीकें कम विकसित हैं।
सामग्री सामान्यतः सस्ती और सुरक्षित होती है। सबसे सस्ते, सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले विकल्पों में से एक पानी की टंकी है, लेकिन पिघले हुए लवण या धातु जैसी सामग्री को उच्च तापमान पर गर्म किया जा सकता है और इसलिए उच्च भंडारण क्षमता प्रदान करता है। ऊर्जा को भूमिगत (यूटीईएस) भी संग्रहीत किया जा सकता है, या तो एक भूमिगत टंकी में या पाइपों की एक प्रणाली के माध्यम से प्रवाहित होने वाले किसी प्रकार के ताप-हस्तांतरण द्रव (एचटीएफ) में, या तो यू-आकार (बोरहोल्स) में लंबवत रखा जाता है या खाइयों में क्षैतिज रूप से रखा जाता है। फिर भी अन्य प्रणाली को पैक्ड-बेड(संकुलित संस्तर या कंकड़-संस्तर) भंडारण इकाई के रूप में जाना जाता है, जिसमें ताप जोड़ने या निकालने के लिए कुछ तरल पदार्थ, सामान्यतः हवा, विरल संकुलित सामग्री (सामान्यतः चट्टान, कंकड़ या सिरेमिक ईंट) के संस्तर से प्रवाहित होती है।
एसएचएस का एक नुकसान भंडारण माध्यम के गुणों पर इसकी निर्भरता है। भंडारण क्षमता भंडारण सामग्री की विशिष्ट ताप क्षमता द्वारा सीमित होती है, और निरंतर तापमान पर ऊर्जा निष्कर्षण सुनिश्चित करने के लिए प्रणाली को सटीकता से अभिकल्प करने की आवश्यकता होती है।[10]
गलित लवण प्रौद्योगिकी
उच्च तापमान पर सौर ऊर्जा के भंडारण के लिए गलित लवण की संवेद्य ऊष्मा का भी उपयोग किया जाता है।[11]इसे गलित लवण प्रौद्योगिकी या गलित लवण ऊर्जा भंडारण (एमएसईएस) कहा जाता है। थर्मल ऊर्जा को बनाए रखने के लिए गलित लवण को थर्मल ऊर्जा भंडारण विधि के रूप में नियोजित किया जा सकता है। वर्तमान में, यह केंद्रित सौर ऊर्जा (जैसे, सौर ऊर्जा टॉवर या सौर गर्त से) द्वारा एकत्रित ताप को संग्रहीत करने के लिए व्यावसायिक रूप से उपयोग की जाने वाली तकनीक है। इसके पश्चात ताप को पारंपरिक भाप टर्बाइनों को विद्युत् देने और बाद में विद्युत उत्पन्न करने के लिए अतितापित भाप में परिवर्तित किया जा सकता है। इसे 1995-1999 के सोलर टू परियोजना में प्रदर्शित किया गया था। वर्ष 2006 में ताप को विद्युत में परिवर्तित करने से पूर्व प्रतिधारित ऊर्जा के संदर्भ में, ताप को सीधे विद्युत में परिवर्तित करने की तुलना में अनुमानों ने 99% की वार्षिक दक्षता का पूर्वानुमान किया।[12][13][14] विभिन्न लवणों की विभिन्न यूटेक्टिक मिश्रण का उपयोग किया जाता है (जैसे, सोडियम नाइट्रेट, पोटेशियम नाइट्रेट और कैल्शियम नाइट्रेट)। रासायनिक और धातु उद्योगों में ताप-परिवहन द्रव के रूप में गैर-सौर अनुप्रयोगों में ऐसी प्रणालियों के साथ अनुभव उपस्थित है।
लवण 131 डिग्री सेल्सियस (268 डिग्री फ़ारेनहाइट) पर द्रवीभूत होता है। इसे एक अवरोधित "शीतागार" टंकी में 288 डिग्री सेल्सियस (550 डिग्री फ़ारेनहाइट) पर तरल रखा जाता है। तरल लवण को सौर संग्राहक में पैनलों के माध्यम से पंप किया जाता है जहां केंद्रित सूर्य इसे 566 डिग्री सेल्सियस (1,051 डिग्री फ़ारेनहाइट) तक गर्म करता है। फिर इसे एक गर्म भंडारण टंकी में प्रेषित किया जाता है। टंकी के उचित अवरोधन के साथ थर्मल ऊर्जा को एक सप्ताह तक उपयोगी रूप से संग्रहीत किया जा सकता है।[15] जब विद्युत की आवश्यकता होती है, तो गर्म गलित लवण को एक पारंपरिक भाप जनरेटर (बॉयलर) में पंप किया जाता है ताकि किसी भी कोयले, तेल या परमाणु ऊर्जा संयंत्र में उपयोग किए जाने वाले पारंपरिक टर्बाइन/जेनरेटर सेट को चलाने के लिए अतितप्त वाष्प का उत्पादन किया जा सके। एक 100 मेगावाट टर्बाइन को इस अभिकल्पना द्वारा चार घंटे तक चलाने के लिए प्रायः 9.1 मीटर (30 फीट) लंबे और 24 मीटर (79 फीट) व्यास के टंकी की आवश्यकता होती हैं।
ठंडे और गर्म गलित लवण दोनों को रखने के लिए डिवाइडर प्लेट के साथ सिंगल टैंक का विकास किया जा रहा है।[16] दोहरी टैंक प्रणाली की तुलना में प्रति इकाई आयतन 100% अधिक ताप भंडारण प्राप्त करना अधिक सस्ता है क्योंकि इसके जटिल निर्माण के कारण गलित लवण भंडारण टंकी बहुमूल्य है। चरण परिवर्तन सामग्री (पीसीएम) का उपयोग गलित लवण ऊर्जा भंडारण में भी किया जाता है,[17]जबकि उच्च संरध्रता सांचे का उपयोग करके आकार-स्थिर पीसीएम प्राप्त करने पर शोध चल रही है।[18]
अधिकांश सौर थर्मल विद्युत संयंत्र इस थर्मल ऊर्जा भंडारण अवधारणा का उपयोग करते हैं। यूएस में सोलाना जनरेटिंग स्टेशन गलित लवण में 6 घंटे की उत्पादन क्षमता का भंडारण कर सकता है। 2013 की ग्रीष्म ऋतु के समय स्पेन में जेमासोलर थर्मोसोलर प्लांट विद्युत-मीनार/गलित लवण संयंत्र ने 36 दिनों तक प्रतिदिन 24 घंटे निरन्तर विद्युत का उत्पादन करके पहला स्थान प्राप्त किया।[19] जून 2021 में उद्घाटन किए गए सेरो डोमिनाडोर सोलर थर्मल प्लांट में 17.5 घंटे का ताप भंडारण है।[20]
इस तकनीक का उपयोग करने वाले परमाणु रिएक्टरों के लिए अधिक किफायती भारण-अनुगामी विद्युत संयंत्रों के प्रस्ताव टेरापॉवर द्वारा उनके नैट्रियम रिएक्टर अभिकल्पना में और मोल्टेक्स द्वारा उनके ग्रिडरिजर्व प्रणाली के साथ बनाए गए हैं।[citation needed]
टंकियों या शैलकृत गुफा में ताप भंडारण
भाप संचायक में एक असंयोजित स्टील का दाब टंकी होता है जिसमें ऊष्ण जल और दबाव में भाप होती है। ताप भंडारण उपकरण के रूप में, इसका उपयोग ताप के लिए परिवर्तनीय अनुरोध से चर या स्थिर स्रोत द्वारा ताप उत्पादन में मध्यस्थता के लिए किया जाता है। सौर तापीय ऊर्जा परियोजनाओं में ऊर्जा भंडारण के लिए भाप संचायक महत्वपूर्ण हो सकते हैं।
नॉर्डिक देशों में ताप को कई दिनों तक भंडारण करने, ताप और विद्युत उत्पादन को कम करने और चरम अनुरोधों को पूर्ण करने में सहायक विशाल भंडारण का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। गुफाओं में अन्तः ऋतुनिष्ट भंडारण की निरूपण की गई है और यह अल्पव्ययी प्रतीत होता है[21] और फिनलैंड में परितप्त में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
हेलेन ओए ने मुस्तिकमा के 260,000 एम3 जलाशय के अंतर्गत इसके लिए 11.6 जीडबल्यूएच क्षमता और 120 एमडबल्यू थर्मल उत्पादन का अनुमान लगाया है (क्षमता में 4 दिनों में संपूर्णता से आवेशित या निष्कासित), चरम उत्पादन/अनुरोध के प्रतिसंतुलन दिनों के लिए 2021 से प्रचालन कर रहा है;[22] यद्यपि 2018 में क्रूनुवोरेंरांटा (लाजासलो के समीप) में समुद्र तल से 50 मीटर नीचे 300,000 एम3 शैलकृत गुफा में गर्म समुद्री जल से ग्रीष्म में ताप का भंडारण करने और शीतकाल में जिला परितप्त के लिए इसका विमोचन करने के लिए अभिहित किया गया था।[23]
गर्म सिलिकॉन प्रौद्योगिकी
ठोस या गलित सिलिकॉन लवण की तुलना में अधिक भंडारण तापमान प्रदान करता है जिसके परिणामस्वरूप अधिक क्षमता और दक्षता होती है। यह संभावित अधिक ऊर्जा कुशल भंडारण तकनीक के रूप में शोध किया जा रहा है। सिलिकॉन 1400 डिग्री सेल्सियस पर प्रति घन मीटर 1एमडबल्यूएच से अधिक ऊर्जा संग्रहीत करने में सक्षम है। एक ही उद्देश्य के लिए उपयोग किए जाने वाले लवण की तुलना में एक अतिरिक्त लाभ सिलिकॉन की सापेक्ष बहुतायत है।[24][25]
गलित सिलिकॉन थर्मल ऊर्जा भंडारण वर्तमान में ऑस्ट्रेलियाई कंपनी 1414 डिग्री द्वारा एक संयुक्त ताप और विद्युत( सह-उत्पादन ) उत्पादन के साथ अधिक ऊर्जा कुशल भंडारण तकनीक के रूप में विकसित किया जा रहा है।
गलित एल्यूमीनियम
एक अन्य माध्यम जो थर्मल ऊर्जा को संग्रहित कर सकता है, वह गलित (पुनः चक्रित) एल्यूमीनियम है। इस तकनीक को स्वीडिश कंपनी अजेलियो ने विकसित किया था। सामग्री को 600 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है। आवश्यक अनुसार, ऊर्जा को स्टर्लिंग इंजन में ऊष्मा-हस्तांतरण द्रव का उपयोग करके अभिगमित किया जाता है।
गर्म चट्टानों या कंक्रीट में ताप भंडारण
पानी में 4.2 केजे/(केजी⋅के) पर उच्चतम थर्मल क्षमता है, जबकि कंक्रीट में इसका प्रायः एक तिहाई है। दूसरी ओर, कंक्रीट को बहुत अधिक तापमान (1200 डिग्री सेल्सियस) तक गर्म किया जा सकता है, उदाहरण के लिए विद्युत ताप और इसलिए इसकी समग्र आयतन क्षमता बहुत अधिक होती है। इस प्रकार नीचे दिए गए उदाहरण में, प्रायः 2.8 एम3 का एक आवरणयुक्त घन परितप्त अनुरोध के 50% के पूरन के लिए एकल घर के लिए पर्याप्त भंडारण प्रदान करेगा। यह, सिद्धांत रूप में, उच्च तापमान तक पहुँचने के लिए विद्युत ताप की क्षमता के कारण अधिशेष हवा या सौर ताप को संग्रहीत करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। प्रतिवैस स्तर पर, दक्षिणी जर्मनी में फ्रेडरिकशफेन में विगेनहाउज़ेन-सूद सौर विकास ने अंतरराष्ट्रीय स्तर पर ध्यान आकर्षित किया है। इसमें 12,000 एम3 (420,000 घन फीट ) प्रबलित कंक्रीट थर्मल भंडारण 4,300 एम2 (46,000 वर्ग फुट ) सौर संग्राहक से संकलित हैं, जो 570 घरों को उनके परितप्त और गर्म पानी के प्रायः 50% के साथ आपूर्ति करने की विशेषता बताती हैं। सीमेंस-गमेसा ने बेसाल्ट में 750 डिग्री सेल्सियस और 1.5 मेगावाट विद्युत उत्पादन के साथ हैम्बर्ग के पास 130 मेगावाट का थर्मल भंडारण बनाया।[26][27] इसके समान एक प्रणाली सोरो, डेनमार्क के लिए निर्धारित की गई है, जिसमें संग्रहीत 18 एमडबल्यूएच के ताप का 41-58% नगर के जिला परितप्त के लिए प्रतिगमित किया जाता है, और 30-41% विद्युत के रूप में प्रतिगमित किया जाता है।[28]
"ब्रिक टोस्टर" वर्तमान (अगस्त 2022) में घोषित किया गया है कि 1,500 डिग्री सेल्सियस (2,732 डिग्री फ़ारेनहाइट) तक के तापमान पर संचालित अभिनव ताप भंडार की घोषणा की गई है, जिसके निर्माता टाइटन सीमेंट/रोंडो का दावा है कि 15 वर्षों में वैश्विक कार्बन डाइऑक्साइड के उत्पादन को 15% तक कम करने में सक्षम होना चाहिए।[29]
अव्यक्त ताप भंडारण
चूंकि अव्यक्त ताप भंडारण (एलएचएस) एक चरण संक्रमण से संबंधित है, संबंधित माध्यम के लिए सामान्य शब्द चरण-परिवर्तन सामग्री (पीसीएम) है। इन संक्रमणों के समय, सामग्री के तापमान को प्रभावित किए बिना ताप को वर्धित या निष्कर्षित किया जा सकता है, जिससे इसे एसएचएस-प्रौद्योगिकियों पर लाभ मिलता है। भंडारण क्षमता भी प्रायः अधिक होती है।
पीसीएम बहु संख्या में उपलब्ध है, जिसमें लवण, पॉलिमर, जैल, पैराफिन वैक्स और धातु मिश्र सम्मिलित हैं, लेकिन इन तक सीमित नहीं हैं, जिनमें से प्रत्येक में विभिन्न विशेषताएं हैं। यह अधिक लक्ष्य-उन्मुख तंत्र अभिकल्प के लिए अनुमति देता है। चूंकि प्रक्रिया पीसीएम के गलनांक पर समतापी है, सामग्री को वांछित तापमान सीमा के लिए चुना जा सकता है। वांछनीय गुणों में उच्च अव्यक्त ताप और थर्मल चालकता सम्मिलित है। इसके अलावा, चरण संक्रमण के समय मात्रा में परिवर्तन न्यूनतम होने पर भंडारण इकाई अधिक सघन हो सकती है।
पीसीएम को इसके अतिरिक्त कार्बनिक, अकार्बनिक और ईयूटेक्टिक (गलनक्रांतिक) सामग्रियों में विभाजित किया गया है। कार्बनिक पीसीएम की तुलना में, अकार्बनिक सामग्री कम ज्वलनशील, सस्ती और अधिक व्यापक रूप से उपलब्ध हैं। उनमे उच्च भंडारण क्षमता और थर्मल चालकता भी है। दूसरी ओर, कार्बनिक पीसीएम कम संक्षारक होते हैं और चरण-पृथक्करण के लिए प्रवण नहीं होते हैं। गलनक्रांतिक सामग्री, क्योंकि वे मिश्रण हैं, विशिष्ट गुण प्राप्त करने के लिए अधिक सरलता से समायोजित होते हैं, लेकिन कम अव्यक्त और विशिष्ट ताप क्षमता होती है।
एलएचएस में एक अन्य महत्वपूर्ण कारक पीसीएम का एनकैप्सुलेशन (संपुटीकरण) है। कुछ सामग्री दूसरों की तुलना में क्षरण और रिसाव के लिए अधिक प्रवण होती हैं। ताप के अनावश्यक नुकसान से बचने के लिए प्रक्रिया को सावधानीपूर्वक अभिकल्पित किया जाना चाहिए।[10]
मिश्रणीयता अंतराल मिश्र धातु तकनीक
मिश्रणीयता अंतराल मिश्र धातु [30]थर्मल ऊर्जा को संग्रहीत करने के लिए एक धातु सामग्री (देखें: अव्यक्त ताप) अवस्था परिवर्तन पर निर्भर करते हैं ।[31]
गलित लवण प्रणाली के रूप में टंकियों के बीच तरल धातु को पंप करने के अलावा, धातु को किसी अन्य धातु सामग्री में संपुटीकरण किया जाता है जिससे यह मिश्रित ( अमिश्रणीय ) नहीं हो सकता। चयनित दो सामग्रियों (चरण परिवर्ती सामग्री और संपुटीकरण सामग्री) के आधार पर भंडारण घनत्व 0.2 और 2 एमजे / एल के मध्य हो सकता है।
एक कार्यशील द्रव, सामान्यतः पानी या भाप, का उपयोग ताप को प्रक्रिया में और उससे बाहर स्थानांतरित करने के लिए किया जाता है। प्रतिस्पर्धी तकनीकों की तुलना में मिश्रणीयता अंतराल मिश्र धातुओं की थर्मल चालकता प्रायः अधिक (400 डबल्यू/(एम⋅के) तक) होती है,[32][33] जिसका अर्थ है कि थर्मल भंडारण का त्वरित "आवेशन" और "स्खलन" संभव है। तकनीक को अभी तक बड़े पैमाने पर परिपालित नहीं किया गया है।
बर्फ आधारित तकनीक
कई अनुप्रयोगों को विकसित किया जा रहा है जहां अनत्युच्च अवधि के समय बर्फ का उत्पादन किया जाता है तत्पश्चात ठंडा करने के लिए उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, पानी को बर्फ में जमने के लिए रात में कम लागत विद्युत का उपयोग करके वातानुकूलन को अधिक आर्थिक रूप से प्रदान किया जा सकता है, फिर दोपहर में बर्फ की शीतलन क्षमता का उपयोग करके वातानुकूलन अनुरोधों को प्रबंध करने के लिए आवश्यक विद्युत को कम किया जा सकता है। बर्फ का उपयोग कर थर्मल ऊर्जा भंडारण पानी के संलयन के विशाल ताप का उपयोग करता है। ऐतिहासिक रूप से, शीतलक के रूप में उपयोग के लिए बर्फ को पहाड़ों से शहरों तक पहुँचाया जाता था। एक मीट्रिक टन = एक घन मीटर) 334 मिलियन जूल (एमजे) या 317,000 बीटीयू (93 kWh) संचित कर सकता है। एक अपेक्षाकृत छोटी भंडारण सुविधा एक बड़ी इमारत को एक दिन या एक सप्ताह के लिए ठंडा करने के लिए पर्याप्त बर्फ रख सकती है।
प्रत्यक्ष शीतलन अनुप्रयोगों में बर्फ का उपयोग करने के अतिरिक्त, इसका उपयोग ऊष्मा पम्प आधारित ताप प्रणालियों में भी किया जा रहा है। इन अनुप्रयोगों में, चरण परिवर्तन ऊर्जा थर्मल क्षमता की एक बहुत ही महत्वपूर्ण परत प्रदान करती है जो तापमान की निचली सीमा के पास होती है जिसमें जल स्रोत ताप पंप संचालित हो सकते हैं। यह प्रणाली को सबसे भारी ताप भार स्थितियों से बाहर निकलने की अनुमति देता है और समय सीमा को बढ़ाता है जो स्रोत ऊर्जा तत्व प्रणाली में पुनः ताप का योगदान कर सकते हैं।
क्रायोजेनिक (परिशीतन) ऊर्जा भंडारण
परिशीतन ऊर्जा भंडारण एक ऊर्जा भंडार के रूप में वायु या नाइट्रोजन के द्रवीकरण का उपयोग करता है।
एक संचालन परिशीतन ऊर्जा प्रणाली जो वर्ष 2010 में स्लो, यूके में एक पावर स्टेशन पर संचालित हवा के थर्मल पुन: विस्तार को चलाने के लिए तरल हवा का ऊर्जा भंडार और निम्न-श्रेणी की अपशिष्ट गर्मी के रूप में उपयोग करती है।[34]
ऊष्म–रासायनिक ताप भंडारण
ऊष्म–रासायनिक ताप भंडारण (टीसीएस) में ऊष्म–रासायनिक सामग्री (टीसीएम) के साथ किसी प्रकार की प्रतिवर्ती ऊष्माक्षेपण / ऊष्माशोषण रासायनिक प्रतिक्रिया सम्मिलित होती है। अभिकारकों के आधार पर, यह विधि एलएचएस की तुलना में अधिक भंडारण क्षमता की अनुमति दे सकती है।
एक प्रकार के टीसीएस में, कुछ अणुओं को वियोजित करने के लिए ऊष्मा का उपयोग किया जाता है। प्रतिक्रिया उत्पादों को तब पृथक किया जाता है, और आवश्यकता अनुसार पुनः मिलाया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप ऊर्जा विमोचित होती है। कुछ उदाहरण हैं पोटेशियम ऑक्साइड का अपघटन (300–800 °C की कुछ उदाहरण हैं पोटेशियम ऑक्साइड का वियोजन (300–800 °C की सीमा में, 2.1 MJ/kg के ताप वियोजन के साथ), लेड ऑक्साइड (300–350 °C, 0.26 MJ/kg) और कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड डिग्री सेल्सियस, जहां जस्ता या एल्यूमीनियम जोड़कर प्रतिक्रिया की दर बढ़ाई जा सकती है)। नाइट्रोसिल क्लोराइड के प्रकाशरासायनिक वियोजन का भी उपयोग किया जा सकता है, और चूंकि इसे होने के लिए फोटॉन की आवश्यकता होती है, सौर ऊर्जा के साथ जोड़े जाने पर यह विशेष रूप से अच्छी तरह से काम करता है।[10]
अधिशोषण (या शोषण) सौर ताप और भंडारण
अधिशोषण प्रक्रियाएँ भी इसी श्रेणी में आती हैं। इसका उपयोग न केवल थर्मल ऊर्जा को संग्रहित करने के लिए किया जा सकता है, यद्यपि वायु की आर्द्रता को नियंत्रित करने के लिए भी किया जा सकता है। जिओलाइट्स (सूक्ष्मछिद्री क्रिस्टलीय एल्यूमिना-सिलिकेट्स) और सिलिका जैल इस उद्देश्य के लिए उपयुक्त हैं। गर्म, नम वातावरण में, इस तकनीक का उपयोग प्रायः पानी को ठंडा करने के लिए लिथियम क्लोराइड के संयोजन में किया जाता है।
पानी अधिशोषित के साथ लिंडे 13X जैसे संश्लेषित जिओलाइट्स की कम लागत ($200/टन) और उच्च चक्र दर (2,000×) ने वर्तमान में थर्मल ऊर्जा भंडारण (टीईएस) के लिए विशेष रूप से निम्न-श्रेणी सौर ऊर्जा और अपशिष्ट ऊष्मा के उपयोग के लिए बहुत अकादमिक और व्यावसायिक रुचि अर्जित की है। यूरोपीय संघ में 2000 से वर्तमान (2020) तक कई आरंभिक परियोजनाओं को वित्त पोषित किया गया है। मूल अवधारणा सौर थर्मल ऊर्जा को जिओलाइट में रासायनिक अव्यक्त ऊर्जा के रूप में संग्रहित करना है। सामान्यतः, समतल प्लेट सौर संग्राहकों से गर्म शुष्क हवा को जिओलाइट के एक संस्तर के माध्यम से प्रवाहित किया जाता है, ताकि कोई भी पानी अधिशोषित शेष रह जाए तो उसे वाष्पित कर दिया जाता हैं। जिओलाइट की मात्रा और सौर थर्मल पैनलों के क्षेत्र के आधार पर भंडारण दैनिक, साप्ताहिक, मासिक या ऋतुनिष्ट भी हो सकता है। जब रात के समय, या बिना धूप के घंटों, या सर्दियों के समय ऊष्मा की आवश्यकता होती है, तो आर्द्रीकृत हवा जिओलाइट के माध्यम से बहती है। चूंकि जिओलाइट द्वारा नमी को अवशोषित किया जाता है, ताप को हवा में और तत्पश्चात् निर्माण क्षेत्र में छोड़ दिया जाता है। जिओलाइट्स के विशिष्ट उपयोग के साथ टीईएस का यह रूप सर्वप्रथम 1978 में गुएरा द्वारा सिखाया गया था। गलित लवण और अन्य उच्च तापमान टीईएस पर लाभ में सम्मिलित हैं कि (1) आवश्यक तापमान केवल एक सौर समतल प्लेट थर्मल संग्रहक के स्थिरीकरण तापमान है, और (2) जब तक जिओलाइट को सूखा रखा जाता है, तब तक ऊर्जा अनिश्चित काल के लिए संग्रहीत होती है। कम तापमान के कारण, और क्योंकि ऊर्जा अधिशोषण की अव्यक्त ताप के रूप में संग्रहीत होती है, इस प्रकार गलित लवण भंडारण प्रणाली की पृथक्कर्ण आवश्यकताओं को समाप्त कर देती है, जिसकी लागत अधिक कम होती है।
लवण जलयोजन तकनीक
लवण जलयोजन तकनीक रासायनिक प्रतिक्रिया ऊर्जा पर आधारित प्रायोगिक भंडारण प्रणाली का एक उदाहरण है। जब लवण जलयोजित या निर्जलित होते हैं तो प्रणाली निर्मित प्रतिक्रिया ऊर्जा का उपयोग करता है। यह 50% सोडियम हाइड्रॉक्साइड (एनएओएच) घोल वाले पात्र में उष्मा संग्रहित करके काम करता है । उष्मा (जैसे सौर संग्राहक का उपयोग करने से) एक ऊष्माशोषी प्रतिक्रिया में पानी को वाष्पित करके संग्रहित किया जाता है। जब पानी पुनः जोड़ा जाता है, तो 50 डिग्री सेल्सियस (120 डिग्री फारेनहाइट) पर ऊष्माक्षेपी प्रतिक्रिया में ताप निष्कासित होती है। वर्तमान प्रणाली 60% दक्षता पर काम करते हैं। ऋतुनिष्ट थर्मल ऊर्जा भंडारण के लिए प्रणाली विशेष रूप से लाभप्रद है, क्योंकि सूखे नमक को कमरे के तापमान पर, बिना ऊर्जा हानि के लंबे समय तक संग्रहीत किया जा सकता है। निर्जलित नमक वाले पात्रों को विभिन्न स्थान पर भी ले जाया जा सकता है। इस प्रणाली में पानी में संग्रहीत ताप की तुलना में उच्च ऊर्जा घनत्व होता है और प्रणाली की क्षमता को कुछ महीनों से लेकर वर्षों तक ऊर्जा संग्रहीत करने के लिए अभिकल्पित किया जा सकता है।[35]
वर्ष 2013 में डच टेक्नोलॉजी डेवलपर टीएनओ ने नमक पात्र में ताप संग्रहीत करने के लिए मेरिट्स प्रोजेक्ट के परिणाम प्रस्तुत किए। ताप, जो एक छत पर सौर संग्राहक से प्राप्त की जा सकती है, नमक में निहित पानी को बाहर निकाल देती है। जब पानी पुनः डाला जाता है, तो प्रायः बिना किसी ऊर्जा हानि के, ऊष्मा मुक्त हो जाती है। कुछ क्यूबिक मीटर नमक वाला एक पात्र इस ऊष्मरासायनिक ऊर्जा को पूरे सर्दियों में एक घर को गर्म करने के लिए पर्याप्त रूप से संग्रहीत कर सकता है। नीदरलैंड जैसे शीतोष्ण जलवायु में, एक सामान्य कम ऊर्जा वाले परिवार को प्रायः 6.7 जी जे/सर्दियों की आवश्यकता होती है। इस ऊर्जा को पानी में (70 डिग्री सेल्सियस के तापमान अंतर पर) संग्रहीत करने के लिए, 23 मी3 आवरणयुक्त पानी के भंडारण की आवश्यकता होगी, जो अधिकांश घरों की भंडारण क्षमता से अधिक है। प्रायः 1 जी जे/ मी3 के भंडारण घनत्व के साथ लवण जलयोजन तकनीक का उपयोग करना, 4–8मी3 पर्याप्त हो सकता है।[36]
वर्ष 2016 तक, कई देशों के शोधकर्ता सर्वोत्तम प्रकार के नमक, या नमक मिश्रण को निर्धारित करने के लिए प्रयोग कर रहे हैं। पात्र के भीतर कम दबाव ऊर्जा परिवहन के लिए अनुकूल लगता है।[37] विशेष रूप से आशाजनक जैविक लवण हैं, जिन्हें आयनिक तरल कहा जाता है। लिथियम हलाइड आधारित शोषक की तुलना में वे सीमित वैश्विक संसाधनों के आधार में कम समस्याग्रस्त हैं, और अधिकांश अन्य हैलाइड्स और सोडियम हाइड्रॉक्साइड (एनएओएच) की तुलना में वे कम संक्षारक हैं और सीओ2 संदूषणों से नकारात्मक रूप से प्रभावित नहीं होते हैं।[38]
आणविक बंधन
आण्विक बंधनों में ऊर्जा भंडारण की जांच की जा रही है। लिथियम आयन बैटरी के बराबर ऊर्जा घनत्व प्राप्त किया गया है।[39] यह एक डीएसपीईसी (डिस-सेंसिटाइज्ड फोटोइलेक्ट्रोसाइथेसिस सेल) द्वारा किया गया है। यह एक सेल है जो रात के समय (या बाद में भी) उपयोग के लिए दिन के दौरान सौर पैनलों द्वारा अधिग्रहित ऊर्जा को संग्रहीत कर सकता है। यह प्रसिद्ध, प्राकृतिक प्रकाश संश्लेषण से संकेत लेकर डिजाइन किया गया है।
डीएसपीईसी पानी के अणुओं को इसके तत्वों में विभाजित करने के लिए अधिग्रहीत सौर ऊर्जा का उपयोग करके हाइड्रोजन ईंधन उत्पन्न करता है। इस विभाजन के परिणामस्वरूप, हाइड्रोजन अलग हो जाती है और ऑक्सीजन हवा में छोड़ दी जाती है। यह वास्तव में जितना आसान लगता है, उससे कहीं अधिक आसान लगता है। पानी के अणुओं के चार इलेक्ट्रॉनों को अलग करके कहीं और ले जाने की जरूरत है। एक और कठिन हिस्सा दो अलग-अलग हाइड्रोजन अणुओं को मिलाने की प्रक्रिया है।
DSPEC में दो घटक होते हैं: एक अणु और एक नैनोकण। अणु को क्रोमोफोर-उत्प्रेरक असेंबली कहा जाता है जो सूर्य के प्रकाश को अवशोषित करता है और उत्प्रेरक को शुरू करता है। यह उत्प्रेरक इलेक्ट्रॉनों और पानी के अणुओं को अलग करता है। नैनोकणों को एक पतली परत में इकट्ठा किया जाता है और एक एकल नैनोकण पर कई क्रोमोफोर-उत्प्रेरक होते हैं। नैनोकणों की इस पतली परत का कार्य उन इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित करना है जो पानी से अलग हो गए हैं। नैनोकणों की यह पतली परत टाइटेनियम डाइऑक्साइड की परत से ढकी होती है। इस लेप से मुक्त होकर आने वाले इलेक्ट्रॉनों को अधिक तेजी से स्थानांतरित किया जा सकता है ताकि हाइड्रोजन बनाया जा सके। यह कोटिंग, फिर से, एक सुरक्षात्मक कोटिंग के साथ लेपित है जो क्रोमोफोर-उत्प्रेरक और नैनोपार्टिकल के बीच संबंध को मजबूत करती है।
इस पद्धति का उपयोग करते हुए, सौर पैनलों से प्राप्त सौर ऊर्जा तथाकथित ग्रीनहाउस गैसों को छोड़े बिना ईंधन (हाइड्रोजन) में परिवर्तित हो जाती है। इस ईंधन को एक ईंधन सेल में संग्रहीत किया जा सकता है और बाद में इसका उपयोग बिजली उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है।[40]
सबसे
बिजली और गर्मी उत्पादन के लिए सौर ऊर्जा को स्टोर करने का एक और आशाजनक तरीका एक तथाकथित आणविक सौर तापीय प्रणाली (मोस्ट) है। इस दृष्टिकोण के साथ एक अणु को फोटोइसोमेराइजेशन द्वारा उच्च-ऊर्जा आइसोमर में परिवर्तित किया जाता है। Photoisomerization एक प्रक्रिया है जिसमें एक (सीआईएस-ट्रांस) आइसोमर को प्रकाश (सौर ऊर्जा) द्वारा दूसरे में परिवर्तित किया जाता है। यह आइसोमर सौर ऊर्जा को तब तक स्टोर करने में सक्षम है जब तक कि हीट ट्रिगर या उत्प्रेरक द्वारा ऊर्जा जारी नहीं की जाती है (आइसोमर को उसके मूल आइसोमर में परिवर्तित कर दिया जाता है)। ऐसे MOST के लिए एक होनहार उम्मीदवार नोरबोर्नैडिएन्स (NBD) हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि NBD और क्वाड्रिसाइक्लेन (QC) फोटोआइसोमर के बीच एक उच्च ऊर्जा अंतर है। यह ऊर्जा अंतर लगभग 96 kJ/mol है। यह भी ज्ञात है कि ऐसी प्रणालियों के लिए, दाता-स्वीकर्ता प्रतिस्थापन सबसे लंबी-तरंग दैर्ध्य अवशोषण को पुनर्वितरित करने के लिए एक प्रभावी साधन प्रदान करते हैं। यह सौर स्पेक्ट्रम मिलान में सुधार करता है।
एक उपयोगी MOST प्रणाली के लिए एक महत्वपूर्ण चुनौती एक संतोषजनक उच्च ऊर्जा भंडारण घनत्व (यदि संभव हो तो 300 kJ/kg से अधिक) प्राप्त करना है। MOST प्रणाली की एक और चुनौती यह है कि दृश्य क्षेत्र में प्रकाश काटा जा सकता है। इस अवशोषण मैक्सिमा को समायोजित करने के लिए दाता और स्वीकर्ता इकाइयों के साथ एनबीडी की क्रियाशीलता का उपयोग किया जाता है। हालांकि, सौर अवशोषण पर इस सकारात्मक प्रभाव की भरपाई उच्च आणविक भार द्वारा की जाती है। इसका तात्पर्य कम ऊर्जा घनत्व से है। सौर अवशोषण पर इस सकारात्मक प्रभाव का एक और नकारात्मक पहलू है। अर्थात् जब अवशोषण को पुनर्वितरित किया जाता है तो ऊर्जा भंडारण का समय कम हो जाता है। ऊर्जा घनत्व और रेडशिफ्टिंग के बीच इस विरोधी-सहसंबंध को दूर करने का एक संभावित समाधान एक क्रोमोफोर इकाई को कई फोटो स्विचों से जोड़ना है। इस मामले में, तथाकथित डिमर या ट्रिमर बनाना फायदेमंद होता है। एनबीडी एक साझा दाता और/या स्वीकर्ता है।
नेचर कम्युनिकेशंस में हाल ही में प्रकाशित एक लेख में, कैस्पर मोथ-पॉल्सेन और उनकी टीम ने थर्मल रूपांतरण के लिए अलग-अलग बाधाओं के साथ दो इलेक्ट्रॉनिक रूप से युग्मित फोटो स्विच करके उच्च ऊर्जा फोटो आइसोमर की स्थिरता को इंजीनियर करने की कोशिश की। ऐसा करने से, पहले आइसोमेराइजेशन (NBD-NBD से QC-NBD) के बाद एक नीला बदलाव हुआ। इसके कारण दूसरे स्विचिंग इवेंट (QC-NBD से QC-QC) के आइसोमेराइजेशन की उच्च ऊर्जा हुई। इस प्रणाली का एक अन्य लाभ, एक दाता को साझा करके, यह है कि आणविक भार प्रति नॉरबोर्नैडिन यूनिट कम हो जाता है। इससे ऊर्जा घनत्व में वृद्धि होती है।
आखिरकार, यह प्रणाली प्रति एनबीडी इकाई 94% तक फोटोरूपांतरण की क्वांटम उपज तक पहुंच सकती है। क्वांटम उपज फोटॉन उत्सर्जन की दक्षता का एक उपाय है। इस प्रणाली के साथ मापा गया ऊर्जा घनत्व 559 kJ/kg (300 kJ/kg के लक्ष्य से अधिक) तक पहुंच गया। तो, आणविक फोटो स्विच की क्षमता बहुत अधिक है। न केवल सौर तापीय ऊर्जा भंडारण के लिए, बल्कि अन्य अनुप्रयोगों के लिए भी।[41] 2022 में, शोधकर्ताओं ने बिजली उत्पन्न करने के लिए चिप के आकार के थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर के साथ MOST को संयोजित करने की सूचना दी। प्रणाली कथित तौर पर सौर ऊर्जा को 18 साल तक संग्रहीत कर सकती है और अक्षय ऊर्जा # ऊर्जा प्रणाली और क्षेत्र युग्मन में एक विकल्प हो सकती है।[42][43]
इलेक्ट्रिक थर्मल स्टोरेज हीटर
यूरोपीय घरों में समय-समय पर मीटरिंग (परंपरागत रूप से रात के समय सस्ती बिजली का उपयोग करना) के साथ भंडारण हीटर आम हैं। इनमें उच्च-घनत्व वाली सिरेमिक ईंटें या बिजली के साथ उच्च तापमान पर गर्म किए गए फेओल्स ब्लॉक होते हैं, और कई घंटों तक गर्मी जारी करने के लिए अच्छा इन्सुलेशन और नियंत्रण हो भी सकता है और नहीं भी। कुछ सलाह देते हैं कि छोटे बच्चों वाले क्षेत्रों में उनका उपयोग न करें या जहां खराब हाउसकीपिंग के कारण आग लगने का खतरा बढ़ जाता है, दोनों में उच्च तापमान शामिल होता है। [44][45]
सौर ऊर्जा भंडारण
सौर ऊर्जा तापीय ऊर्जा भंडारण का एक अनुप्रयोग है। अधिकांश व्यावहारिक सौर तापीय भंडारण प्रणालियां कुछ घंटों से लेकर एक दिन की ऊर्जा तक का भंडारण प्रदान करती हैं। हालाँकि, सुविधाओं की बढ़ती संख्या मौसमी तापीय ऊर्जा भंडारण (STES) का उपयोग करती है, जिससे गर्मियों में सौर ऊर्जा को सर्दियों के दौरान अंतरिक्ष को गर्म करने के लिए संग्रहीत किया जा सकता है।[46][47][48] 2017 में अल्बर्टा, कनाडा में ड्रेक लैंडिंग सौर समुदाय ने साल भर 97% सौर ताप अंश हासिल किया, जो STES को शामिल करके एक विश्व रिकॉर्ड संभव बनाया।[46][49]
उच्च तापमान सौर तापीय इनपुट के साथ गुप्त गर्मी और समझदार गर्मी का संयुक्त उपयोग संभव है। विभिन्न ईयूटेक्टिक धातु मिश्रण, जैसे एल्यूमीनियम और सिलिकॉन (AlSi
12) कुशल भाप उत्पादन के लिए उपयुक्त एक उच्च गलनांक प्रदान करते हैं,[50] जबकि उच्च एल्यूमिना सीमेंट-आधारित सामग्री अच्छी भंडारण क्षमता प्रदान करती है।[51]
पंप-गर्मी बिजली भंडारण
पंप-हीट इलेक्ट्रिसिटी स्टोरेज (PHES) में, एक रिवर्सिबल हीट-पंप सिस्टम का उपयोग दो हीट स्टोर के बीच तापमान अंतर के रूप में ऊर्जा को स्टोर करने के लिए किया जाता है।[52][53][54]
इसेंट्रोपिक
आइसेंट्रोपिक सिस्टम में दो इंसुलेटेड कंटेनर शामिल होते हैं, जैसे कुचल रॉक या बजरी; उच्च तापमान/दबाव पर ऊष्मीय ऊर्जा का भंडारण करने वाला एक गर्म बर्तन, और कम तापमान/दबाव पर तापीय ऊर्जा का भंडारण करने वाला एक ठंडा बर्तन। बर्तन ऊपर और नीचे पाइप से जुड़े होते हैं और पूरा सिस्टम आर्गन जैसी अक्रिय गैस से भरा होता है।[55]
चार्ज करते समय, सिस्टम हीट पंप और प्रशीतन चक्र के रूप में काम करने के लिए ऑफ-पीक बिजली का उपयोग कर सकता है। एक प्रोटोटाइप आर्गन का उपयोग परिवेश के तापमान और कोल्ड स्टोर के ऊपर से दबाव में रुद्धोष्म प्रक्रिया को संकुचित करता है, उदाहरण के लिए, 12 बार, इसे लगभग गर्म करना 500 °C (900 °F). संपीड़ित गैस को गर्म बर्तन के शीर्ष पर स्थानांतरित किया जाता है जहां यह बजरी के माध्यम से नीचे की ओर रिसता है, गर्मी को चट्टान में स्थानांतरित करता है और परिवेश के तापमान को ठंडा करता है। ठंडा, लेकिन अभी भी दबाव में, बर्तन के तल पर उभरने वाली गैस को फिर रूद्धोष्म रूप से 1 बार तक विस्तारित किया जाता है, जो इसके तापमान को -150 °C तक कम कर देता है। ठंडी गैस को फिर ठंडे बर्तन से गुजारा जाता है जहां यह अपनी प्रारंभिक अवस्था में गर्म होने के दौरान चट्टान को ठंडा करती है।
चक्र को उल्टा करके ऊर्जा को बिजली के रूप में पुनर्प्राप्त किया जाता है। एक जनरेटर चलाने के लिए गर्म बर्तन से गर्म गैस का विस्तार किया जाता है और फिर कोल्ड स्टोर में आपूर्ति की जाती है। कोल्ड स्टोर के नीचे से निकाली गई ठंडी गैस को संपीड़ित किया जाता है जो गैस को परिवेश के तापमान तक गर्म करती है। गैस को फिर से गरम करने के लिए गर्म बर्तन के तल में स्थानांतरित किया जाता है।
संपीड़न और विस्तार प्रक्रिया स्लाइडिंग वाल्व का उपयोग करके विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए पारस्परिक कंप्रेसर द्वारा प्रदान की जाती है। निर्वहन चक्र के दौरान प्रक्रिया में अक्षमताओं से उत्पन्न अधिशेष गर्मी को हीट एक्सचेंजर्स के माध्यम से पर्यावरण में बहाया जाता है।[52][55]
डेवलपर ने दावा किया कि 72-80% की एक राउंड ट्रिप दक्षता प्राप्त करने योग्य थी।[52][55] यह पंप किए गए पनबिजली भंडारण के साथ प्राप्त करने योग्य>80% की तुलना में है।[53]
एक अन्य प्रस्तावित प्रणाली टर्बोमशीनरी का उपयोग करती है और बहुत अधिक शक्ति स्तरों पर काम करने में सक्षम है।[54]चरण परिवर्तन सामग्री का उपयोग गर्मी भंडारण सामग्री के रूप में प्रदर्शन को बढ़ा सकता है।[17]
यह भी देखें
- कार्नाट बैटरी
- एक स्रोत से जिले को उष्मा या गर्म पानी की आपूर्ति
- गलनक्रांतिक प्रणाली
- अग्नि रहित लोकोमोटिव
- भू - तापीय ऊर्जा
- भूतापीय शक्ति
- तापन क्षमता
- बर्फ भंडारण वातानुकूलक
- लैम-होनिगमैन प्रक्रिया
- तरल नाइट्रोजन अर्थव्यवस्था
- ऊर्जा भंडारण परियोजनाओं की सूची
- अवस्था परिवर्तन सामग्री
- पंप करने योग्य बर्फ प्रौद्योगिकी
- भाप संचायक
- संचायक तापक
- ऊष्मीय बैटरी
- समान यांत्रिक कोड
- अपरिवर्तनशील सौर ऊर्जा और अंतर्जलीय (हाइड्रोनिक्स) कोड
- यूनाइटेड स्टेट्स डिपार्टमेंट ऑफ़ एनर्जी अंतर्राष्ट्रीय ऊर्जा भंडारण डेटाबेस
संदर्भ
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बाहरी संबंध
- ASHRAE white paper on the economies of load shifting
- MSN article on Ice Storage Air Conditioning at archive.today (archived 19 January 2013)
- ICE TES Thermal Energy Storage – IDE-Tech
- Laramie, Wyoming
- "Prepared for the Thermal Energy-Storage Systems Collaborative of the California Energy Commission" Report titled "Source Energy and Environmental Impacts of Thermal Energy Storage." Tabors Caramanis & Assoc energy.ca.gov Archived 23 August 2014 at the Wayback Machine
- Competence Center Thermal Energy Storage at Lucerne School of Engineering and Architecture
अग्रिम पठन
- Hyman, Lucas B. Sustainable Thermal Storage Systems: Planning, Design, and Operations. New York: McGraw-Hill, 2011. Print.
- Henrik Lund, Renewable Energy Systems: A Smart Energy Systems Approach to the Choice and Modeling of 100% Renewable Solutions, Academic Press 2014, ISBN 978-0-124-10423-5.
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