Use of heat pipes in latent thermal energy storage systems

Abstract

Els sistemes d'emmagatzematge energètic complementen a les energies renovables, solucionant el seu principal inconvenient, el desajust entre la producció d'energia i la demanda. Emmagatzemar energia tèrmica encaixa a la perfecció amb les plantes de concentració solar. Aquesta tesi doctoral centra els seus esforços en el desenvolupament d'un sistema d'emmagatzematge tèrmic latent, en un rang de temperatura entre els 210 ºC i els 270 ºC, donant suport a una planta de concentració solar tipus Fresnel. La tesi es divideix en dues parts: la primera és el disseny i construcció del mòdul d'emmagatzematge tèrmic. Els requisits de potència del mòdul d'emmagatzematge van exigir la millora de la conductivitat tèrmica en el material d'emmagatzematge. La segona part de la tesi es centra en la millora de la transferència de calor en sistemes d'emmagatzematge tèrmic latent. A escala de laboratori i a baixa temperatura (entre 15 ºC i 50 ºC), es van provar les diferents tecnologies, entre elles, les implementades en el mòdul a alta temperatura.

Los sistemas de almacenamiento energético complementan a las energías renovables, solucionando su principal inconveniente, el desajuste entre la producción de energía y la demanda. Almacenar energía térmica liga a la perfección con las plantas de concentración solar. Esta tesis doctoral centra sus esfuerzos en el desarrollo de un sistema de almacenamiento térmico latente, en un rango de temperatura entre 210 ºC y 270 ºC, dando soporte a una planta de concentración solar tipo Fresnel. La tesis se divide en dos partes: la primera es el diseño y construcción del módulo de almacenamiento térmico. Los requisitos de potencia del módulo de almacenamiento, exigieron la mejora de la conductividad térmica en el material de almacenamiento. La segunda parte se centra en mejorar la transferencia de calor en sistemas de almacenamiento latente térmico. A escala de laboratorio y a baja temperatura (entre 15 ºC y 50 ºC), se probaron diversas tecnologías, entre ellas, las implementadas en el módulo a alta temperatura.

Energy storage systems complement renewable energies, tackling their main drawback, the mismatch between energy production and demand. Storing thermal energy links perfectly with concentrated solar power plants. This PhD thesis focusses on developing a latent thermal energy system at temperature range from 210 ºC to 270 ºC, being able to work coupled with a Fresnel concentrated solar power plant. The thesis is divided in two parts: the first one is to design and manufacture the thermal energy storage system. The thermal storage system power requirements demanded the thermal conductivity enhancement within the storing material. The second part took the heat transfer enhancement in latent TES systems as objective. Different technologies were tested at laboratory scale and low temperature (from 15 ºC to 50 ºC), among them, those used into the high temperature storage system.