थर्मोकेमिकल तकनीक ऊष्मा निर्माण के लिए आशाजनक मार्ग दिखाती है

लॉरेंस बर्कले नेशनल लेबोरेटरी के उद्योग प्रतिनिधियों और शोधकर्ताओं के साथ काम करते हुए, वैज्ञानिकों ने एक इमारत के एचवीएसी सिस्टम में थर्मोकेमिकल सामग्री (टीसीएम) को एकीकृत करने के लिए एक यथार्थवादी कॉन्फ़िगरेशन निर्धारित किया। साल्ट-हाइड्रेट टीसीएम को किसी इमारत के हीटिंग सिस्टम में लोड लचीलापन प्रदान करने के लिए आशाजनक उम्मीदवार माना जाता है। यह लचीलापन हीटिंग सिस्टम के लिए विद्युत आवश्यकताओं को कम करने या ऐसे समय में लोड शिफ्टिंग की अनुमति दे सकता है जब बिजली कम महंगी और/या क्लीनर हो।

टीसीएम को क्रमशः जलयोजन और निर्जलीकरण प्रतिक्रियाओं के माध्यम से डिस्चार्ज और चार्ज किया जाता है। नमक को हाइड्रेट करने से गर्मी निकलती है, जिसका उपयोग इमारत को गर्म करने के लिए किया जाता है, और दिन के अन्य समय में टीसीएम को निर्जलित करने या चार्ज करने के लिए हीट पंप से अतिरिक्त गर्मी की आवश्यकता होती है। इसका मतलब है कि रिएक्टर को जल वाष्प के साथ बातचीत करने की आवश्यकता है। यह जलवाष्प सीधे परिवेशी वायु से आ सकता है, ऐसी स्थिति में टीसीएम एक खुली प्रणाली है। या टीसीएम एक पृथक कक्ष में हो सकता है, जिसमें हवा निकाली जाती है, जिसे एक बंद प्रणाली के रूप में जाना जाता है। इस मामले में, जलवाष्प दूसरे कक्ष से वाष्पित होने वाले तरल पानी से आता है।

ओपन सिस्टम सरल होते हैं लेकिन सर्दियों के दौरान चुनौती पेश करते हैं। जल वाष्प आमतौर पर दुर्लभ होता है, और जलयोजन प्रतिक्रिया को चलाने के लिए घर के अंदर की हवा का उपयोग करने से इमारत की नमी को असुविधाजनक स्तर तक कम किया जा सकता है, जबकि ठंडी बाहरी हवा में सीमित नमी होती है।

एनआरईएल के एडवांस्ड बिल्डिंग इक्विपमेंट रिसर्च ग्रुप के एक वरिष्ठ शोध इंजीनियर और इस विषय पर नए पेपर के सह-लेखक जेसन वुड्स ने कहा, “जिस तरह से हमने रिएक्टर को इमारत में एकीकृत किया है, हम घर को सुखाए बिना ऐसा करने में सक्षम हैं।” “यह सोचना महत्वपूर्ण है कि नमी कहाँ से आती है, क्योंकि यह कैसे एकीकृत है इसके आधार पर प्रदर्शन पर काफी प्रभाव पड़ सकता है।”

पेपर, “बिल्डिंग स्पेस हीटिंग के लिए ओपन-साइकल थर्मोकेमिकल एनर्जी स्टोरेज: प्रैक्टिकल सिस्टम कॉन्फ़िगरेशन और प्रभावी ऊर्जा घनत्व,” जर्नल के दिसंबर अंक में दिखाई देता है। अनुप्रयुक्त ऊर्जा. वुड्स के सहयोगी एनआरईएल के यी ज़ेंग और एडेवाले ओडुकोमैया हैं। अन्य सहलेखक लॉरेंस बर्कले और शिकागो की कंपनी NETenergy LLC से हैं।

अनुसंधान, जिसे ऊर्जा विभाग के बिल्डिंग टेक्नोलॉजीज कार्यालय द्वारा वित्तपोषित किया गया था, थर्मल ऊर्जा भंडारण के संबंध में 2019 में कार्यालय द्वारा स्थापित वित्त पोषण प्राथमिकताओं से उत्पन्न हुआ। इमारतों को गर्म करने और ठंडा करने के लिए काफी ऊर्जा की आवश्यकता होती है, इसलिए थर्मल ऊर्जा भंडारण विद्युत भार को स्थानांतरित करने और आकार देने का अवसर प्रदान करता है। यह कम कार्बन ऊर्जा उपलब्ध होने पर इलेक्ट्रिक हीट पंप संचालन को उस समय के साथ संरेखित करके डीकार्बोनाइजेशन का समर्थन करता है।

शोधकर्ताओं ने स्ट्रोंटियम क्लोराइड द्वारा संचालित टीसीएम रिएक्टर के थर्मल प्रदर्शन की जांच की, जो हवा में जल वाष्प के साथ प्रतिक्रिया करते समय गर्मी पैदा करता है। उन्होंने विभिन्न प्रकार की जलवायु और भवन प्रकारों पर विचार किया, कई विन्यासों की जांच की और जल वाष्प के स्रोत पर विशेष ध्यान दिया। शोध में कंप्यूटर मॉडलिंग का उपयोग किया गया जिसे प्रायोगिक डेटा द्वारा सत्यापित किया गया।

सर्वोत्तम परिणामों वाले कॉन्फ़िगरेशन ने टीसीएम रिएक्टर को इमारत से बाहर निकलने वाली हवा को गर्म करने की अनुमति दी, जो इनडोर हवा के समान तापमान और आर्द्रता पर है। एक बार गर्म होने के बाद, हवा अप्रत्यक्ष रूप से हीट एक्सचेंजर के माध्यम से आने वाले वेंटिलेशन को गर्म करती है। यह रिएक्टर को इनडोर वायु को निरार्द्रीकृत करने से रोकता है और पर्याप्त आर्द्रता स्तर प्रदान करता है। आवश्यक वेंटिलेशन हवा को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊर्जा को ऑफसेट करने के अलावा, हवा को इनडोर तापमान से ऊपर गर्म किया जा सकता है, जिससे इनडोर तापमान को बनाए रखने के लिए भट्टी या ताप पंप द्वारा आवश्यक ऊर्जा कम हो जाती है।

हालाँकि, यह कॉन्फ़िगरेशन केवल उन इमारतों के लिए काम करता है जिनमें निकास वायु वेंट आने वाले वेंटिलेशन के पास स्थित होता है। वुड्स ने कहा कि रिएक्टर का उद्देश्य ताप पंप या भट्टी को बदलना नहीं है, बल्कि बाद में उपयोग के लिए ऊर्जा का भंडारण करना है।

टीसीएम रिएक्टर की मॉडलिंग में, शोधकर्ताओं ने इनडोर तापमान 21 डिग्री सेल्सियस (69.8 डिग्री फ़ारेनहाइट) माना। सापेक्ष आर्द्रता रिएक्टर के प्रदर्शन को प्रभावित करने वाला प्रमुख कारक साबित हुई। उन्होंने गणना की कि रिएक्टर चार जलवायु में कितनी अच्छी तरह काम करेगा: अटलांटा, न्यूयॉर्क, मिनियापोलिस और सिएटल। उन शहरों में, सर्दियों में ठंडे, शुष्क मौसम के कारण मिनियापोलिस में रिएक्टर सबसे खराब प्रदर्शन करेगा।

वुड्स ने कहा, “ठंडी हवा में थोड़ी नमी होती है, इसलिए घर के अंदर नमी कम होती है और टीसीएम प्रतिक्रिया को चलाना अधिक कठिन होता है।”

शोधकर्ताओं ने गणना की कि इसकी उच्च आर्द्रता के साथ, सिएटल में एक टीसीएम रिएक्टर का थर्मल प्रदर्शन अधिक होगा।

एकल-परिवार के घर पर विचार करने के अलावा, शोध ने यह भी जांच की कि प्रौद्योगिकी एक छोटे होटल की लॉबी, एक मध्यम आकार के कार्यालय भवन और अस्पताल के रोगी कमरे में कितनी अच्छी तरह काम करेगी। भवन का आकार बढ़ने के साथ टीसीएम प्रणाली के लिए सीमांत पूंजी लागत कम हो जाती है, भंडारण की स्तरीकृत लागत (एलसीओएस) 10 सेंट प्रति किलोवाट-घंटे से कम होने का अनुमान है।

आगे भी शोधकर्ता इस तकनीक को आगे बढ़ाते रहेंगे। कम एलसीओएस इंगित करता है कि प्रौद्योगिकी के पास व्यावसायीकरण का एक व्यवहार्य मार्ग है, लेकिन रिएक्टर निर्माण, एकीकरण, पैकेजिंग और स्थापना लागत को निर्धारित करने के लिए अतिरिक्त काम की आवश्यकता है। इसे लागत प्रभावी तकनीक बनाने के लिए इनमें से प्रत्येक लागत पर ध्यान देने की आवश्यकता होगी। शोधकर्ता टीसीएम को एचवीएसी सिस्टम में एकीकृत करने के लिए अन्य विकल्प भी तलाश रहे हैं, जिसमें ऊपर उल्लिखित बंद-चक्र सिस्टम भी शामिल हैं। ये सिस्टम परिवेश की नमी से बाधित नहीं हैं, बल्कि चुनौतियों के एक अलग सेट के साथ आते हैं जिन्हें वे आगे के शोध के साथ हल करने की उम्मीद करते हैं।