نظام کيموحــراري لتخزين الطـــــاقة الشمسية (البطارية الکيموحرارية)

نوع المستند : Original Article

المؤلفون

1 مدرس مساعد الهندسة الزراعية - قسم الهندسة الزراعية - ک. الزراعة - ج. عين شمس - القاهرة - مصر.

2 أستاذ متفرغ - قسم الهندسة الزراعية - ک. الزراعة - ج. عين شمس - القاهرة – مصر.

3 أستاذ مساعد - قسم الهندسة الزراعية - ک. الزراعة - ج. عين شمس - القاهرة - مصر.

المستخلص

تعد الطاقة الشمسية من المصادر غير الملوثة للبيئة والمتوفرة إلا أن استقرار إمداداتُها من الطاقة يمثل أکبر التحديات لاستخداماتها الصناعية والزراعية. لذا يهدف هذا العمل إلى استقصاء مدي مناسبة تخزين واستعادة الطاقة الشمسية المباشر بوسائط کيميائية. على أن تکون وحدات تخزين الطاقة متنقلة، قابلة للشحن وتحرير الطاقة الشمسية المخزنة بالمستويات والمعدلات المطلوبة.
أجريت العديد من التجارب لتحديد الوسط الکيميائي الأمثل لتخزين الطاقة الشمسية على کل من مرکبات السيليکا جل ذات الدليل اللوني الأزرق، والسيليکا جل البيضاء، بالإضافة إلى الزيوليت الطبيعي. تم شحن المرکبات الکيميائية الرطبة بالطاقة بتجفيفها عبر مرکز شمسي على شکل قطع مکافئ بمساحة متر مربع. اختبرت بطارية کيموحرارية بسعة 3.5 کجم من المرکبات الکيميائية المُخَزِنة للطاقة داخل حاوية من الألومنيوم لتعمل کمبادل حراري متنقل لشحن وتفريغ الطاقة الحرارية. وأمکن التحکم في معدلات ومستويات الطاقة الحرارية المحررة من البطارية من خلال القياس والتحکم المبرمج بمعدلات مزيج الهواء والرطوبة فيه.
أظهرت النتائج أن السيليکا جل ذات الدليل اللوني الأزرق هي المادة الأصلح لتخزين الطاقة الحرارية من بين المواد المختبرة لسعتها الحرارية التي بلغت 165 واط/کجم في الساعة مقارنة بکل من الزيوليت الطبيعي والسيليکا جل البيضاء بسعات تخزين 124 و80 واط/کجم في الساعة بالترتيب. وبلغت کفاءة استرداد الطاقة الحرارية من البطارية الکيموحرارية لمادة السيليکا جل ذات الدليل اللوني الأزرق 57.7٪، في حين أن کفاءة الزيوليت الطبيعية والسيليکا جل البيضاء بلغت 45.8٪ و39٪ على الترتيب.
خَلُصَ العمل إلى أَن التخزين والاسترداد للطاقة الشمسية الحرارية ضمن وسائط کيميائية تميز بالفاعلية وبالبساطة في التشغيل والصيانة. ويمکن أن تُسهم البطاريات الکيموحرارية المتنقلة في تيسير استخدام الطاقة الشمسية للعمل ضمن مختلف التطبيقات بالمزرعة.

الكلمات الرئيسية

الموضوعات الرئيسية


Abedin, A. (2010). Thermochemical Energy Storage Systems: Modelling, Analysis, and Design.
Airò Farulla, G., Cellura, M., Guarino, F., & Ferraro, M. (2020). A Review of Thermochemical Energy Storage Systems for Power Grid Support. Applied Sciences, 10(9), 3142. https://doi.org/10/gm93d5
André, L., & Abanades, S. (2020). Recent Advances in Thermochemical Energy Storage via Solid–Gas Reversible Reactions at High Temperature. Energies, 13(22), 5859. https://doi.org/10.3390/en13225859
AuYeung, N., & Kreider, P. (2017, June 30). Solar Thermochemical Energy Storage [Interactive Institute for Learning & Innovation]. AIChE The Global Home of Chemical Engineers. https://www.aiche.org/resources/publications/cep/2017/july/solar-thermochemical-energy-storage
Aydin, D., Casey, S. P., & Riffat, S. (2015). The latest advancements on thermochemical heat storage systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 41, 356–367. https://doi.org/10/f6tkp8
Beckman, J., Borchers, A., & Jones, C. A. (2013). Agriculture’s Supply and Demand for Energy and Energy Products. SSRN Electronic Journal. https://doi.org/10.2139/ssrn.2267323
Brown, M. E., Antle, J. M., Backlund, P., Carr, E. R., Easterling, W. E., Walsh, M. K., Ammann, C., Attavanich, W., Barrett, C. B., Bellemare, M. F., Dancheck, V., Funk, C., Grace, K., Ingram, J. S. I., Jiang, H., Maletta, H., Mata, T., Murray, A., Ngugi, M., … Tebaldi, C. (2015). Climate Change, Global Food Security, and the U.S. Food System. U.S. Global Change Research Program. https://doi.org/10.7930/J0862DC7
Çengel, Y. A., & Ghajar, A. J. (2015). Heat and mass transfer: Fundamentals & applications (Fifth edition). McGraw Hill Education.
Chindaruksa, S., Hirunlabh, J., & Khedari, J. (2001). Active adsorption—Passive regeneration design of silica gel beds for drying system. Warasan Mahawitthayalai Naresuan. https://scholar.google.com/scholar_lookup?title=Active+adsorption+-+passive+regeneration+design+of+silica+gel+beds+for+drying+system&author=Sirinuch+Chindaruksa&publication_year=2001
Desai, F., Sunku Prasad, J., Muthukumar, P., & Rahman, M. M. (2021). Thermochemical energy storage system for cooling and process heating applications: A review. Energy Conversion and Management, 229, 113617. https://doi.org/10/gh3fd8
Dincer, I., & Ezan, M. A. (2018a). Heat Storage: A Unique Solution for Energy Systems. Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-319-91893-8
Dincer, I., & Ezan, M. A. (2018b). Thermal Energy Storage Methods. In I. Dincer & M. A. Ezan (Eds.), Heat Storage: A Unique Solution for Energy Systems (pp. 57–84). Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-319-91893-8_3
Gil, A., Medrano, M., Martorell, I., Lázaro, A., Dolado, P., Zalba, B., & Cabeza, L. F. (2010). State of the art on high-temperature thermal energy storage for power generation. Part 1—Concepts, materials, and modelization. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14(1), 31–55. https://doi.org/10/cvx22z
Kousksou, T., Bruel, P., Jamil, A., El Rhafiki, T., & Zeraouli, Y. (2014). Energy storage: Applications and challenges. Solar Energy Materials and Solar Cells, 120, 59–80. https://doi.org/10/f5n7tn
Pramuang, S., & Exell, R. H. B. (2007). The regeneration of silica gel desiccant by air from a solar heater with a compound parabolic concentrator. Renewable Energy, 32(1), 173–182. https://doi.org/10.1016/j.renene.2006.02.009
Wang, S. K. (2000). Handbook of air conditioning and refrigeration (2nd ed). McGraw-Hill.
Wu, J., & Long, X. Feng. (2015). Research progress of solar thermochemical energy storage. International Journal of Energy Research, 39(7), 869–888. https://doi.org/10.1002/er.3259
Zhang, H., Baeyens, J., Cáceres, G., Degrève, J., & Lv, Y. (2016). Thermal energy storage: Recent developments and practical aspects. Progress in Energy and Combustion Science, 53, 1–40. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2015.10.003