Performance Testing of a MobileThermal Energy Storage System

Abstract: I Europa utgör industrisektorn 31% av den globala efterfrågan på energi och bland detta går 20 till 50% avden totala energiinmatningen förlorad när värme släpps ut i atmosfären. Samtidigt beskriver the”European Commission Energy Roadmap 2050” vilken viktig roll energilagring i processen för utfasningav fossila bränslen i det europeiska energisystemet har.I linje med dessa observationer testar och utvecklar energiavdelningen vid Kungliga Tekniska Högskolan(KTH) ett projekt med titeln Heat on Wheels. Grundprincipen för detta projekt är att samla spillvärme inomindustrin och frakta den till användare - t.ex. via ett fjärrvärmenät – med hjälpa av ett fasväxlingsmaterial(PCM) som en mellanprodukt för att lagra energi och sedan ta den från en punkt till en annan i en mobiltermisk energilagringsenhet (M-TES).Denna avhandling tar del i att testa utförandet av Erytritol som PCM-lagring och frigöra energi i enprototyp på KTH. Prototypen består av en tubvärmeväxlare nedsänkt i PCM. HTF:en antingen smälterPCM:t (endoterm process) eller fryser det (exoterm process). M-TES lagringskapacitet är ca 178 kWh/m3.Resultaten visar en 2,50 gånger längre laddningstid och en 1,62 gånger längre urladdningstid med etthalverat HTF-flöde. Att halvera HTF-flödet leder också till en 50% minskning av effekten i PCM överhela laddningsprocessen. Kraften mottagen av HTF:en under hela processen halveras då urladdnings-HTF-temperaturen ökar med 33%. Smält/frysprocessen av PCM är beroende av lokaliseringen ilagringsenheten. Icke desto mindre förefaller Erytritol av teknisk kvalitet kunna upprätthålla upprepadeuppvärmnings-och kylnings-cykler, utan märkbart försämrad lagring.Studien visade också att med den föreslagna utformningen skulle uppskalning M-TES med en 700%ökning i längd resultera i en total värmeöverföringskoefficient multiplicerad med 7, vilket därmedsäkerställer en ännu snabbare process laddning/urladdning.En rekommendation för framtida arbete är att undersöka hur man kan homogenisera smältning/frysningav PCM i värmeväxlaren, kanske genom att bättre sprida HTF-flödet mellan rören. Det skulle också varafördelaktigt att arbeta med att minska förlusterna i mellan laddningen och urladdningen för att behålla såmycket energi som möjligt. Ytterligare studier om effekterna av uppskalning av laboratorieprototypen kanockså utföras, med hänsyn till olika konstruktioner såsom en större rördiameter till exempel.