DTU slår hul ind til ny viden om saltbatterier

En beholder med flydende salt kan lagre varme fra vedvarende energikilder uden varmetab.

Test med solvarme

PhD. Gerald Englmair har testet et demonstrationsanlæg for solvarme med 22,4 m² vakuumrørsolfangere, et varmelager bestående af fire varmelagringsenheder, der hver indeholder ca. 200 kg natriumacetat trihydrat og en 700 L vandtank.

Testen blev udført i DTU Bygs prøvestande, hvor anlægget blev undersøgt med et rumopvarmningsbehov for et såkaldt passivhus i det danske klima.

Simuleringer med en numerisk model viste, at et optimeret anlæg med 1000 L natriumacetat trihydrat og en 600 L vandtank kan levere op til 71 procent af det samlede årlige varmtvandsforbrug og varmebehov for huset.

Kilde: DTU Byg

Ny forskning fra DTU viser, at saltbatterier med underafkølet natriumacetat trihydrat kan benyttes til at lagre varme fra både solvarmeanlæg og vindmøller. Eksperimenter har vist, at et solvarmeanlæg med en solfanger på 22 kvadratmeter, en varmtvandstank og saltbatterier årligt kan dække 71 procent af varmebehovet i et energieffektivt trepersoners hus i dansk klima.

- Vi ser store perspektiver i saltbatterier, som kan bidrage til at løse problemet med store sæsonudsving i produktionen af sol- og vindenergi i hele Central- og Nordeuropa. Saltbatterierne har vist sig at kunne lagre varme på både kort og lang sigt. Det betyder, at energi fra solvarme kan opbevares og dække det meste af energiforbruget i huse, mens de resterende 29 procent i vintersæsonen kan komme fra vindkraft eller anden elproduktion, siger ph.d. Gerald Englmair fra DTU Byg i en artikel på DTU Bygs hjemmeside.

I Europa tegner bygninger sig for 40 procent af det samlede energiforbrug, hvoraf opvarmningen af boliger udgør det meste. Og hvis medlemslandene skal leve op til EU's mål for energieffektive boliger, er nye teknologiske løsninger med energilagring med små varmetab afgørende.

Teknologien i saltbatterier er baseret på det fænomen, at salthydratet natriumacetat trihydrat, som har et smeltepunkt på 58 °C, kan underafkøle i flydende tilstand til stuetemperatur efter at have været opvarmet til over 78 °C. Princippet er kendt fra de små plastikposer med flydende salt, der kan bruges til at holde fingre eller tæer varme i koldt vejr. Når du trykker på en metalskive og frigiver en krystal fra dens overflade, krystalliseres væsken, og under processen opvarmes den til 58 °C.

Varmeafgivelsen, både når saltet er flydende, og senere når varmen fra krystalliseringen sættes i gang, kan bruges til at opvarme brugsvand eller radiatorer, hvor vandet ikke behøver at blive opvarmet til særligt høje temperaturer. Dannelsen af krystaller finder sted på få sekunder, hvor hele beholderen omdannes til en massiv blok af krystaller. Når varmen er frigivet, kan genopladningsprocessen gentages uendeligt og begrænses kun af tankanlæggets holdbarhed.

Bygges af standardkomponenter

Eksperimentet med en kombineret kort- og langtidsvarmelagring i et saltbatteri blev udført i et ph.d.-projekt af den østrigske ph.d studerende Gerald Englmair. Undersøgelsen konkluderede, at et solvarmeanlæg med saltbatteri kan bygges af standardkomponenter, men at der er behov for mere forskning vedrørende dimensionering af varmevekslere i saltbatteriet. Desuden er der behov for undersøgelser af, hvordan solvarmeanlæg optimeres til forskellige husstørrelser og forskellige klimatiske forhold.

Det næste trin er således at udvikle billige cylindriske varmelagre.

Varmelagerprototyper med forskellige varmeoverførings-systemer og moduler til kontrolleret aktivering af saltkrystallisering testes i øjeblikket på DTU Byg. En prototype med anvendelse af standardkomponenter til varmtvandsbeholdere fremstillet af NILAN A/S er afprøvet. Prototypen er et tank-i-tank-varmelager, hvor temperaturlagdelingen i den ydre tank udnyttes til varmt brugsvand. Varmelageret indeholder 27 kWh varme mellem 25°C og 90°C, hvoraf 11,5 kWh kan lagres uden varmetab ved stuetemperatur.

- Vi vil gerne hjælpe producenterne med at udvikle effektive varmelagre med smarte styreenheder, der bruges af forskellige vedvarende energisystemer. Sådanne varmelagre vil være egnede til det fremtidige energisystem, fordi de er fleksible og kan udnytte perioder med billig elektricitet og høj andel af vedvarende energi. Det er min vurdering, at denne teknologi vil være modnet til kommerciel brug inden for de kommende fem år, siger lektor Simon Furbo, som har været vejleder på Gerald Englmairs ph.d.-projekt om saltbatterier på DTU.

Videoen er produceret af DTU