マイニング後のインフラストラクチャにおける圧縮空気と熱エネルギーのハイブリッド貯蔵

ポーランドの科学者は、放棄された鉱山シャフトに埋め込まれた熱エネルギー貯蔵システム（TE）を使用して、圧縮空気エネルギー貯蔵技術を開発しました。システムは外部熱源なしで動作し、空気コンプレッサー、組み込みの熱エネルギー貯蔵システムを備えた圧縮空気貯蔵タンク、およびエアエキスパンダーを使用します。

ポーランドのシレジア工科大学の科学者チームは、圧縮された鉱山に組み込まれた熱エネルギー貯蔵システム（TES）を使用して、圧縮された空気タンクを効率的に再利用するために、熱エネルギー貯蔵システム（TES）を使用する圧縮空気エネルギー貯蔵技術（CAES）を開発しました。 「当社のストレージの概念は、鉱業後の地下インフラストラクチャの再利用と保護を目的としています。これは、鉱山の閉鎖後に取り返しのつかないほど損傷を受けます」

グループは、鉱業エリアには低コストのエネルギーインフラストラクチャを提供する可能性があると考えています。 「鉱山はしばしば発電所や流通ステーションの近くにあります」と研究者は言いました。 「これにより、既存のグリッド接続インフラストラクチャを使用することができます。さらに、高度に発達した工業地域に近接すると、送電の損失が減少します。利用可能な限られたスペースを節約する火力発電所用の地上貯蔵タンクを建設する必要はありません。」

このシステムは、外部熱源を使用せずに動作し、空気圧縮機、組み込みの熱エネルギー貯蔵を備えた圧縮空気貯蔵タンク、エアエキスパンダーを使用します。システム要素は、単一段階または2段階にすることができます。

システムの提案された構成では、TPPタンクが組み込まれており、濃縮器に接続されています。これは、熱が貯蔵材料を離れ、シャフトタンクの空気を通過したとしても、熱損失を減らすのに役立ちます。 TPPシステムは鉱山のジオメトリに適応し、熱伝達場を減らします。これは、熱貯蔵プロセスのエネルギー効率にプラスの効果があります。

「TESシステムを圧力タンクの体積に配置することの最大の利点は、熱エネルギーを蓄えるための材料を収容する薄壁のシェル構造を使用する可能性です」とBartela氏は説明しました。 「これにより、CHPシステムのコストを大幅に削減できます。」

タンクをセクションに分割するために、穴あき底の鋼製シリンダーが使用されているため、熱吸収材料の層を簡単に取り付けて定期的に検査できます。 「セクション間のコミュニケーションは、はしごの助けを借りて可能です。はしごは、TES垂直ポジショニングシステムの一部でもあります」と科学者は述べています。

充電段階では、電気を使用してコンプレッサーを駆動します。ハイブリッド地下システムは、内蔵のシャットオフバルブを備えたインレット配管を通じて、高温圧縮空気をタンクに供給します。その後、空気はTESシステムを通過し、保存された材料を加熱します。

アンロードフェーズ中、空気はTESシステムを通過し、蓄積された材料から熱を除去します。その後、熱気がエキスパンダーに入り、発電機を駆動して電力を生成します。 「TESデバイスに、貯蔵された空気の高い冷却に重要な熱を吸収するための適切な熱貯蔵材料を十分な量の適切な熱貯蔵材料で満たすことが有利です」とグループは強調しました。 「地下タンクシェルと接触している貯蔵庫の空気の温度を制限することにより、熱損失が減少し、CAESシステムのエネルギー貯蔵効率が向上します。」

彼らは、60,000立方メートルの圧縮空気貯蔵容量と5メガパスカル（MPA）の最大圧力を計算しました。これに基づいて、施設のエネルギー貯蔵容量は140 MWHで、往復効率は約70％、エネルギー効率が95％の貯蔵タンクがあることを計算しました。

彼らはまた、特別な場合、鉱山の特定の特性に応じて、空気圧は最大8 MPaのレベルで維持できることを説明しています。 「この場合、システムのエネルギー容量は200 mWhを超える可能性があります」とBartelaは強調します。 「経済的な観点からは、花崗岩や玄武岩など、TESシステムで普通の岩を使用することは最も有益です。しかし、現在、シレジアン工科大学で代替合成材料の研究が実施されています。」

このグループは、新しい熱エネルギー貯蔵システムに基づいた断熱後の圧縮空気エネルギー貯蔵システムのエネルギー電位を評価するエネルギー貯蔵ジャーナルに最近発表された研究で、エネルギー貯蔵の概念を提示しました。 「現在、CHPモジュールのコストを削減できる熱貯蔵タンクの設計の最適化にのみ取り組んでいます」とBartelaは結論付けています。

グループによると、ポーランドには139のアクティブ炭鉱と34のアクティブ銅および岩塩鉱山があります。現在、廃止する計画39があり、その約半分は水の汲み上げに使用されています。最も深い鉱山の深さは1300メートル以上です。

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