Optimised Solar Thermal Storage System for Delivering Process Heat at Temperatures Above 160 C

优化的太阳能蓄热系统,可在 160 C 以上的温度下提供工艺热量

基本信息

  • 批准号:
    2339069
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2020 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The core aim of the study is the development of a novel solar thermal energy storage system using phase change materials (PCM). PCM are a class of material which change phase when absorbing or releasing energy. They typically enter a liquid form when absorbing heat and solidify when the heat is extracted. PCMs have high thermal energy storage potentials due to the material property of latent heat capacity, the amount of energy absorbed or released when a material undergoes a phase change. The system aims to take advantage of the developments in concentrating solar thermal collector technology which deliver high temperatures and couple it with PCM heat storage. This study aims to use latent heat storage capability to store a relatively large amount of solar thermal energy and release the energy at the point of demand. The research will give specific attention to delivering temperatures and heating profiles suitable for mid-temperature range industrial processes.Detailed scientific objectivesDevelopment of PCM which enhances desirable properties such as thermal conductivity and melting temperatures. This activity will be carried out using computer simulation followed by experimental verification.Identify the factors affecting the thermal cycle stability and long-term (seasonal) storage capability of PCM and incorporate measures to mitigate the negative effects of thermal cycling and long-term storage. Thermal cycling stability is defined as the number of times a material can undergo heating and cooling cycles while maintaining its thermal properties. Initial investigation will be carried out through standard material characterisation tests followed by microscopy using scanning electron microscope (SEM). Degradation factors will be identified, followed by the application of corrective measures and the material will be re-tested. Development of a model to explain the phase change boundary movement during melting and solidifying and development of heat exchanger design with optimisations led by knowledge gained from the melting and solidifying model.NoveltyModel to understand, quantify and visualise the melting and solidifying process of PCM.PCM optimised to undergo more thermal cycles and degrade less when used for long-term energy storage.Development of a novel heat exchanger designed to take advantage of the melting and solidifying profile of PCM.An industrial scale, system design for storage and delivery of heat, using an optimised PCM as the storage medium.Benefit to societyWith industrial processes accounting for nearly 16% of national energy usage in the United Kingdom and over half of that energy coming from non-renewable sources, it is the hope of this study, to make solar thermal energy a viable alternative in an industrial setting, through improvements in storage technology and capability to deliver higher temperatures. The potential applications of the proposed work include processes in the food processing industry, tea industry and polymer manufacture.
该研究的核心目标是开发一种使用相变材料(PCM)的新型太阳能热能储存系统。PCM是一类在吸收或释放能量时改变相的材料。它们通常在吸收热量时进入液体形式,并在提取热量时固化。相变材料具有高的热能储存潜力,这是由于材料的潜热容量特性,即材料发生相变时吸收或释放的能量。该系统旨在利用聚光太阳能集热器技术的发展,该技术提供高温并将其与PCM储热相结合。本研究旨在利用潜热储存能力储存相对大量的太阳热能,并在需求点释放能量。该研究将特别关注提供适用于中温范围工业过程的温度和加热曲线。详细的科学目标开发PCM,提高导热性和熔化温度等理想性能。确定影响相变材料热循环稳定性和长期(季节性)储存能力的因素,并采取措施减轻热循环和长期储存的负面影响。热循环稳定性定义为材料在保持其热性能的同时可以经历加热和冷却循环的次数。将通过标准材料表征试验进行初步研究,然后使用扫描电子显微镜(SEM)进行显微镜检查。将确定降解因素,然后采取纠正措施,并对材料进行重新检测。开发一个模型来解释熔化和凝固过程中的相变边界运动,并通过从熔化和凝固模型中获得的知识进行优化,开发热交换器设计。量化和可视化PCM的熔化和固化过程。PCM经过优化,可以承受更多的热循环,在长期使用时降解更少,术语能量储存。开发一种新型热交换器,旨在利用PCM的熔化和固化特性。工业规模,用于储存和输送热量的系统设计,使用优化的PCM作为存储介质。对社会的好处在英国,工业过程占全国能源使用量的近16%,其中一半以上的能源来自非工业部门。这项研究希望通过改进储存技术和提高温度的能力,使太阳热能成为工业环境中可行的替代能源。拟议的工作的潜在应用包括在食品加工业,茶叶工业和聚合物制造过程。

项目成果

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知道了