DTU-forskere vil gemme varme i flydende salt

Hvis du har spist chips med eddike­smag, har du sandsynligvis spist natriumacetat, fortæller forskningsassistent Jakob Berg Johansen fra sektion for Bygnings­energi på DTU Byg. Men på DTU har den hvide saltforbindelse en helt anden funktion.

Her skal den nemlig bruges til at lagre varme. Princippet kendes fra de små pakker, som kan holde fingrene varme på en kold ski- eller jagttur: En salthydratforbindelse varmes op og bliver flydende ved 58 °C. Herefter reduceres temperaturen jævnt til omkring 20 °C. Opløsningen forbliver dog flydende – den er underafkølet, på samme måde som vand også under særlige omstændigheder kan være flydende, selv om temperaturen er under 0 °C. Når saltet krystalliserer igen – hvilket det kan bringes til at gøre ved en mekanisk påvirkning eller tilsætning af et enkelt saltkrystal – frigives den oplagrede varme:

»Vi har allerede vist, at vi tabsfrit kan lagre varmen nærmest uendeligt. Hvis vi kobler det med en solfanger, som om sommeren opvarmer saltet, kan varmen frigives om vinteren,« fortæller Jakob Berg Johansen, som regner med, at et varmelager skal modulopbygges, så varmen kan frigives i etaper. Foreløbige tests viser, at sæsonlageret kan opnå en virkningsgrad på mellem 42 og 46 procent, hvilket er et stykke fra det teoretiske loft på 56 procent.

Optimeret 100 år gammel teknik

Teknikken med at lagre varme i en flydende saltforbindelse har været kendt i omkring 100 år, og selvom det lyder simpelt, er det ikke så ligetil. En af udfordringerne er, at saltet i fast form leder varme dårligt, og det har stor betydning, når varmen skal ind i – og især ud af – lageret:

»Vi står med tre-fire afgørende udfordringer, blandt andet skal varmeveksleren designes, så den passer til saltets varmeledningsevne, og vi skal kunne holde den store mængde flydende salt stabil under hele lagerperioden,« siger Jakob Berg Johansen, som også nævner den pudsige egenskab, at saltet udvider sig med omkring 10 procent, når det bliver flydende – modsat vand, som fylder mindre i flydende end i fast form.

Forskerne på DTU er netop nu ved at opbygge en fuldskala-model af, hvordan et varmelager forbundet til en solfanger kunne se ud:

»Vi står foran udskiftningen af 250.000 oliefyr, så der er behov for at finde alternativer til de steder, hvor der ikke er fjernvarme eller plads til en varmepumpe med jordslanger,« siger Jakob Berg Johansen.

Fireårigt forskningsprojekt

Saltlageret indgår som en af del af et fireårigt forskningsprojekt, hvor to andre lagringsteknologier også afprøves. Projektet er støttet af EU og skal afrapporteres i marts 2016. Det samlede budget for det danske projekt er 4,3 mio. kroner.

Den kommercielle side af et saltlager skal naturligvis også med i projektet, forklarer lektor ved DTU Byg Simon Furbo. Han er projektleder på den danske del af udviklingsprojektet, der foregår i samarbejde med bl.a. den nord­irske virksomhed Kingspan og danske Nilan:

»Vi skal ned i pris, men der er ikke nogen af komponenterne eller materialerne, som er dyre. Selve systemet er selvfølgelig mere komplekst end et olie- eller gasfyr, men det skræmmer os ikke. Det skal optimeres, og det tager naturligvis tid,« siger Simon Furbo, som vurderer, at der vil gå omkring ti år, før denne type energilagre kan sende varme ud i boliger på en kold dag.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Det er jo ingeniører der læser det, så kunne de ikke have fortalt hvilke energimængder faseovergangen binder/frigiver. Det er da væsentligt i forhold til bare at varme almindeligt vand op, og det må være tal de har. Ellers ligner det lidt for meget et projekt baseret på "det må da kunne lade sig gøre".

  • 13
  • 0

Man bliver helt nostalgisk. Min medstuderende Henrik Sørensen og jeg lavede netop et projekt hos Simon Furbo i dette for knap 30 år siden med udgangspunkt i natriumacetat og Glaubersalt. De eksperimentelle fakta gjorde nu, at vi ret hurtigt skiftede til at lave en computermodel (i TurboPascal, ak ja, det var tider).

Ideen er god på papiret, men i praksis er det rigtigt svært at styre varmecellerne og udløse varmen fra den underafkølede smelte på kommando.

  • 17
  • 0

det ændrer ikke på at olien samfundsmæssigt er den bedste løsning, ikke solpaneler og saltlagre.

Ud fra hvad jeg kan læse, bruger saltlageret, sammen med et solfanger anlæg kun strøm til pumper, og saltet skal ikke skiftes ud. Dermed bliver der lidt vedligeholdelse på anlægget af og til.

Hvis den samfundsmæssige større gavnlighed ved olie er, at der skal leveres olie til danske oliefyr, og dermed kan give lønnet arbejde til nogle lastbilchauffører og de mennesker der skal hente olien op, samt der skal vedligeholdes infrastruktur til olie, så er det rigtigt, at olie er mere gavnligt for samfundet.

Ellers er det desværre bare et postulat.

  • 10
  • 2

Tak for nogle tal. 270kJ/kg er pænt relativt til 4kJ/K/kg for almindeligt vand. Men hvor meget koster det, og er temperaturerne realistiske. Desværre er der oftest så mange skjulte forudsætninger, at det bliver umuligt at vurdere projektet Jeg mener, hvis det var så godt, burde kunderne stå i kø.

  • 3
  • 3

Det svarer altså til ca 67 graders opvarmninig af vand. Fantastisk,men er der ikke mere dadatjim i at gemme det som vanddamp og varme under tryk?

  • 2
  • 1

Det er da tåbeligt, iogmed olien er så billig som den er.

Det eneste der er billigt ved at fyre med olie er selve fyret. En god varmepumpe er meget billigere i drift, og det på trods af at elektricitet er væsentligt højere afgiftsbelagt end fyringsolie og på trods af den lave oliepris.

Olie er kun billigt set i forhold til hvad det har kostet og hvad det kommer til at koste igen. Det er stadig et dyrt brændsel i forhold til alternativer.

  • 11
  • 1

Baldur Norddahls billede Baldur Norddahl 3 timer siden Re: Lidt tal

Det svarer altså til ca 67 graders opvarmninig af vand.  
Fantastisk,men er der ikke mere dadatjim i at gemme det som vanddamp og varme under tryk?

Hvor meget energi er der tilbage i dit vanddamp efter et halvt år? Pointen i saltlagret er at bruge solvarme fra juli til at opvarme boligen i januar. Da det opbevares ved stuetemperatur, så er der nul tab som følge af opbevaringstid.

Citat slut

Det har jeg forstået og tillod mig at være skeptisk for egne penge. Otto Normalforbrugers hus skal have ca 65 GJ årligt eller ca 240 tons salt for at være sommeropvarmet om vinteren.

  • 2
  • 2

Det fylder nok for meget til eftermontering, men i et nyopført hus skal du bruge væsentligt mindre. Du kan jo bygge til passivhusstandard. Det skal nok være muligt tal lave et hus der ikke behøver anden opvarmning inklusiv forbrugsvand.

  • 1
  • 1

vandfrit natriumacetat har et smeltepunkt på 324 ℃. Så er det muligt at langtidsopbevare energien fra solkraft.

  • 1
  • 0

Uanset om årsforbruget er 100 GJ eller 10 GJ (i et mere moderne hus), så er det en misvisende forudsætning at årsforbruget oplagres.

Der tilføres naturligvis energi løbende på solrige dage. På andre dage er el-energi (om natten) måske så billig at den kan tilføre energi til lagret.

Forudsat dette kemiske lager kan produktionsmodnes, så synes tabsfri energilagring at være en fantastisk ide. Hvis det yderligere kombineres med ændrede el-energi-priser (afgifter) dels når det blæser, dels når det er nat, og el-patroner også kan benyttes, så synes jeg det ser godt ud.

Hvad med at lave en numerisk simulering (regneark) af et hus (e.g. 65 GJ/år), med x m2 solfanger, y kg kemisk lager, z m3 buffertank, en solprofil for et gennemsnitsår, samt en valgfri el-patron på p kW som kører q timer/døgn (eller som specificeret) til en kWh-pris på r kr/kWh ? Antag tagfladen hælder 45 grader, er vendt mod syd uden skygge og er stor nok til solfangeren.

For at få 12 for opgaven skal der også laves en prediktiv regulering af el-patronens drift.

Det synes at være en god projektopgave for et hold DTU-studerende. Eller for andre ?

  • 7
  • 1

En dynge førstemånedsstuderende gjorde noget lignende for ca 10 år siden . Time for time. Hvis der kun skal lagres et par dage eller tre er en bunke isoleret vand indenfor klimaskærmen billigere. Resultatet var at med 2 eller tre kubik indenbords og et passende antal vindmøllekvadratmeter plus et olie eller gasfyr kan man reducere fossileriet til en tredjedel og pudse glorie for resten. De sammenhængende vejr-timeserier inclusiv solintensitet for et helt år nær Ålborg ,har jeg et eller andet sted. Den mængde møller vi har nu er alt rigelig.

  • 0
  • 5

Tak for nogle tal. 270kJ/kg er pænt relativt til 4kJ/K/kg for almindeligt vand.

Pænt og pænt...

Som andre har påpeget, svarer det jo kun til den energimængde, man kan gemme i vand ved opvarming med 67 gr. C, vel at mærke uden faseskift - og dermed opbevarer man kun lidt mere energi pr. kg, end man i dag gør i en akkumuleringstank på et fjernvarmeværk.

Derudover er densiteten godt nok også lidt højere, så man kan nøjes med et lidt mindre volumen til samme energimængde. Men mon ikke det samlede volumen alligevel ender med at blive større end volumen for en tilsvarende akkumuleringstank, når man tager højde for, at hele natriumacetatlageret skal bygges som en varmeveksler, hvorfor man har en sekundærkreds, der også tager plads op inde i lageret. Man kan jo ikke bare pumpe stoffet ind i en varmeveksler, når det er på fast form.

Så når man kigger på de ret enorme varmeakkumuleringstanke, man i dag har stående rundt omkring på fjernvarmeværkerne bare for at dække forholdsvis få timers varmeforbrug, virker det ret urealistisk at have forventninger om at kunne lave opbevaring fra sommer til vinter.

  • 4
  • 0

Tak til Niels Abildgaard for uddybning.

Jeg læser at dels er hybridteknologi, altså kombinationer i modsætning til én teknologi (solfanger, jordvarme, varmepumpe, .....) er mere effektiv - også selv om der kun er 90% dækning i en fimbul vinter uden sol i 60 dage. OG jeg læser, at gammel, kendt, vandteknologi måske ikke er så ringe endda.

En udendørs buffertank på 3 m3 (ca. 2 meter diameter + isolation (1 meter mere)), altså som en nedsivningstank i et sommerhus, synes praktisk mulig i mange tilfælde.

Det handler selvfølgelig om penge, men mon ikke også diverse leverandører og fabrikanter er lige lovligt konservative og håndværksagtige i deres tilgang ?

P.S.: Jeg tror de teknisk-interesserede og fremskridtsvenlige bygherre savner en mere ingeniørmæssig tilgang til mulighederne; altså et regneark, hvor man selv kan ændre parametrene (som jeg skrev ovenfor) og se konsekvenserne. De der farvestrålende brochure bider ikke rigtigt på mig.

  • 2
  • 0

...hvor man brænder olie af i oliefyret, der er der nok ikke mange, der ikke også fyrer med brænde i rå mængder. Det nedsætter absolut også behovet for at gemme et "normalt" årsforbrug fra sommer til vinter. Det ligger lagret i en uisoleret brændestak!

  • 1
  • 2

Hvis det er tilladt at være lidt pedantisk, så er det nu ikke så pudsigt at saltet udvider sig med omkring 10 procent, når det bliver flydende. Det er nærmere vand der er pudsigt.

  • 1
  • 1

Enhver med bare elementær termodynamisk viden kan regne ud, at lagring af el energi som varme i salt er forrykt.

Din kommentar om lagring af elektrisk energi er noget malplaceret.

Artiklen beskæftiger sig udelukkende med lagring af varme - vel at mærke varme, som hverken forventes frembragt ved konvertering af elektrisk energi inden lagringen eller forventes omsat til elektrisk energi efter lagringen.

Det fremgår ret tydeligt, at tanken er, at varmen skal komme fra solfangere (ikke solceller, men solfangere), og at den efter lagringen skal anvendes til boligopvarmning.

  • 7
  • 0

Kære alle sammen

Det har været en fornøjelse at følge debatten herinde og at se at boligopvarmning er et emne som mange finder interessant. For at kvalificere debatten lidt så kan jeg supplere med lidt taldata som man kan bruge hvis man gerne vil lave sine egne beregninger. Den smeltevarme som vi realistisk kan få ud med vores design er ca. 220 J/g natriumacetat trihydrat. Vores moduler kan lagre ca. 13 kWh i smeltevarme da de indeholder ca. 210 kg (220 kJ/kg x 210 kg / 3600).

Dertil kan der regnes den specifikke varmekapacitet som saltet har og den som selve modulet har over temperatur intervallet som typisk er mellem 20 og 90 grader. Modulerne er lavet af stål og vejer 235 kg pr. styk i den prototype vi arbejder med i øjeblikket. Varmevekslerne indeholder ca. 30 liter vand som jo også i sagens natur bliver opvarmet.

I vores computer simulationer kan man se at jo større tag areal man dækker med solfangere jo mindre lager kapacitet er nødvendig og det gælder selvfølgelig også hvis man har et velisoleret hus. Dertil skal det siges at den kontrolstrategi hvormed man opvarmer og aflader modulerne betyder meget for den samlede system effektivitet.

Jeg håber det skabte lidt mere klarhed og glæder mig til at følge debatten videre.

  • 4
  • 1

Betyder det 235 kg stål plus 220 kg salt plus 30 kg vand per modul af 13 kWh? Der skal ca 1500 moduler til et normalhus for et år?

  • 2
  • 1

Hej Niels Tusind tak for spørgsmålet. Lad os stille det op på en anden måde: Hvis vi antager at der ikke er faseskifte i materialet og at lagret virker som en almindelig varmtvandstank så ser regnestykket ud på følgende måde når vi varmer det op fra 20 til 90 grader (undskyld at ing.dk’s debatsektion ikke er god til at skrive formler i):

deltaT * c_p,SAT * m_SAT + deltaT * c_p,modul * m_modul + deltaT * c_p,vand * m_vand = opvarmningsenergien

Hvor: deltaT er varmeforskellen mellem start og slut temperatur (90 – 20 = 70 grader = 70 K) c_p,SAT er den specifikke varmekapacitet for natriumacetat trihydrat (den er lidt forskellig i flydende og fast form men ikke meget når man ser på den i forhold til vægt) m_SAT er massen af natriumacetat trihydrat c_p,modul er den specifikke varmekapacitet for modulet (stål) m_modul er massen af modulet c_p,vand er den specifikke varmekapacitet for vand m_vand er massen af vand

Nu kan vi sætte ind i ligningen og se hvor meget energi vi kan oplade i vores modul bare ved at varme det op.

70 K * 2540 J/kgK * 210 kg + 70 K * 500 J/kgK * 235 kg + 70 * 4180 J/kgK * 30 kg = 37338000 J + 8225000 J + 8778000 J = 54341000 J = 15,1 kWh

Men nu er det at når vi når 58 grader så overgår natriumacetat trihydratet fra et krystal til en væske og dermed bindes den energi som senere kan frigives som langtidsopbevaret varme (latent varme). Den energi som vi kan oplagre i vores modul svare ca. til 220 J/g natriumacetat trihydrat. Nu er det så et simpelt regnestykke at beregne varmeindholdet:

220 kJ/kg * 210 kg = 46200 kJ = 12,8 kWh

Hermed er det muligt at oplagre 15,1 kWh til korttidsopbevaring og 12,8 kWh til lang tids opbevaring. Hvis man så regner på hvor mange der skal bruges hvis man kombinere dem med et antal kvadratmeter solvarmepaneler på taget, så giver det ganske god mening.

Det er selvfølgelig kun simulationer og det skal selvfølgelig stå sin prøve i praksis og det er det vi er ved at bygge i disse dage på DTU.

  • 3
  • 1

Meget dejligt at du regner det om til kWh, som de fleste kan forholde sig til i modsætning til MJ/GJ. Er det tanken at de enkelte elementer oplades/aflades separat, så mindre energimængder kan puttes ind og hentes ud? Til lidt sammenligning bruger jeg for tiden 30kWh/dag til opvarmning. Man kunne også sige at ved 5 bar kunne modulet rumme gas svarende til varmemængden.

  • 0
  • 0

Hej Svend

Ja det er ikke sådan lige til at dividere med 3,6 * (10^6 eller 10^9) i hovedet når man skal sammenligne tal. At vi har opbygget systemet i moduler betyder nemlig at vi har stor fleksibilitet i hvordan vi tilføre og afgiver varmen. De kan oplades og aflades enkeltvis, men der er dog en smule varmestråling mellem modulerne så et varmt modul omgivet af kolde giver ikke så god mening energimæssigt. Det er tilmed muligt at genoplade nogle moduler om vinteren hvis der kommen nogle gode klare dage med sol, forudsat selvfølgelig at man har solfangere nok på taget.

Til et hus med et varmeforbrug af den størrelse vil det nok være fornuftigt at have flere varmekilder der kan virke sammen med saltlagret. Det vil være op til en individuel vurdering hvad der bedst kan betale sig for det enkelte hus, er vist det kedelige svar.

Med hensyn til sammenligningen med gas så skal man passe på med at sammenligne energikilder som naturgas, olie og uran med energilagre som vand, brint og natriumacetat trihydrat. En sjov sammenligning her for at illustrer det er at laks indeholder 32 gange så meget energi pr. kg (6930 kJ/kg) som et modul med natriumacetat trihydrat ved 90 grader. Men laks er ganske svær at sætte sammen igen når den har afgivet sin energi.

Jeg håber det var svar nok på dit spørgsmål.

  • 1
  • 0

Jeg kunne ikke redigere mere, men ville spørge om ikke alt skulle være smeltet før man kan gemme ved underafkøling. Hvis der stadig er noget usmeltet må det vel starte krystalliseringen (størkningen).

  • 0
  • 0

Re: Her er lidt tal

Betyder det 235 kg stål plus 220 kg salt plus 30 kg vand per modul af 13 kWh? Der skal ca 1500 moduler til et normalhus for et år?

Jeg er lidt i tvivl om nytten af at have forskning og et folketing. 1500 moduler stål a 235 kg er et forbrug af energi på det der svarer til ca 175 tons olie og giver ca 500 tons CO2. Huset vil ellers bruge hvad der svarer til ca1,5 tons olie årligt. Kan jeg ikke regne eller er landet på vej ned? Og så har jeg ikke kunne finde energiindholdet ved fremstilling af saltet.

  • 2
  • 0

Hej Allan og Svend

Det er helt rigtigt at for at et modul kan underafkøle stabilt må der ikke være saltkrystaller tilbage da selv et enkelt krystal kan starte krystalliseringsprocessen. Ud over det så er det faktisk nødvendigt ikke bare at smelte saltet men også at opvarme det til over 80 grader for at være sikker på at det underafkøler stabilt. Det er fordi der er en ”hukommelse” i saltstrukturen som betyder at hvis det bare varmes op til lidt over smeltepunktet f.eks. 60 grader så vil det flydende salt, hvis det køles af, gå tilbage til sin krystal form fordi den ”husker” at det var krystaller. Derfor skal saltet bliver rigtigt varmt før vi kan være sikre på at opbevare energien i lang tid.

Heldigvis så er solfangere rigtigt gode til at levere de temperature som er nødvendige, så på den måde spiller saltlagre og solfangere rigtigt godt sammen.

  • 0
  • 0

Ville paraffin ikke være et lige så godt lagringsmedie? (jeg er ikke ingeniør, og har ikke forudsætningerne for at tegne på det)

  • 0
  • 0

Ville paraffin ikke være et lige så godt lagringsmedie? (jeg er ikke ingeniør, og har ikke forudsætningerne for at tegne på det)

Det man ønsker er et stof som kan underafkøles til stuetemperatur uden at begynde at størkne. Det er ikke muligt med paraffin, i det mindste ikke i længere tid. Natriumacetat-trihydrat har den særlige egenskab at det kan opbevares i smeltet tilstand ved stuetemperatur i det uendelige. Størkning/krystallisering kan startes ved mekanisk påvirkning, hvorefter temperaturen i saltet stiger meget hurtigt.

Jeg har selv arbejdet med et forsøg i lille skala på at benytte natriumacetat som varmelager, men opgav pga. omkostningerne.

Mvh. Peter

  • 3
  • 0

Hej Nina

Som Peter helt rigtigt siger så kan vi ikke bruge paraffin til vores projekt fordi det ikke underafkøler stabilt. En anden udfordring er at paraffin indeholder mindre latent (smelte) energi pr. volumen og derfor skal man bruge en større tank for at få samme energi mængde. Det betyder mindre plads i din kælder til andre ting end dit varmelager.

Men paraffin er blevet benyttet i såkaldte termisk aktive bygningsmaterialer hvor de kan holde en bygnings indeklima mere stabilt. Her er de ofte støbt ind i væge eller lofter hvor de så absorbere eller afgiver varme alt efter rumtemperaturen. Her ønsker man ikke underafkøling da faseskiftet sker ved den ønskede rumtemperatur.

Mvh. Jakob

  • 0
  • 0

Jeg ville utrolig gerne se et produkt på markedet på et eller andet tidspunkt. Jeg elsker solvarme, og da jeg renoverede mit hus regnede jeg på hvor meget masse jeg skulle have for at sæson lagre.. og jeg fandt ud af hvorfor der ikke var nogen der har gjort dette før mig.

Desværre kan jeg ikke se dette som et reelt produkt, når man tager alternativer i øje samtidig. Noget mere økonomisk ville nok være en mindre varmepumpe med et intelligent start/stop system, som kunne bruge billig VE strøm, eller køre når solcellerne leverede "overskud"strøm ud på nettet - alt efter hvad der ville være billigst på et givent tidspunkt. Under huset skulle der være en sanddyne som man lagrede i. Vand ville være at forestrække, men det er ikke praktisk muligt. Gulvet skulle være isoleret med 100mm flamingo og gulvet skulle være lavet af beton.

Skulle jeg bygge hus idag på landet, så ville jeg overveje denne metode, så man med solcellerne kunne gøre brug af disse 2kr/KWh, og ikke bare modtage 0,6 kr/KWh når de blev lagt ud på nettet.

Ideen med et materiale med en faseovergang er super. Men desværre tror jeg ikke så meget på den i praksis. Det er et stort anlæg der skal til, og der skal en temmelig stor flade med solfanger til også.

Solceller får højere og højere virkningsgrad som årene går, og inden dette produkt er på gaden, så er alternativerne bedre og billigere.. Jeg beklager. Ideen har selvfølelig sin berettigehed nogle steder, men de er nok færre end mange.

P.S - Jeg ved ikke om jeg forstår dine DATA om modulerne korrekt? Er der 200+kg stål per modul? Og hver modul kan man opbevare omkring 30KWh energi? Så et lille lager på 3000KWh, ville jeg så skulle have 200kg*100moduler stål i konstruktionen? altså 20 tons stål for dette lille lager? Jeg kender ikke dagspriserne, men er der ikke bare stål der for 100.000+kr? Dertil skal der også lige være 10m2 solfanger "mindst" for at producere disse 3000KWh.

undskyld for min pessimisme.

Anlægget skal kunne betale sig, og hvis anlægsprisen er 4-500.000, så vil solceller+VP med et sandlager være billigere i husets levetid. Jeg spår om at solceller vil blive billigere end et vandbåren solfanger på et tidspunkt hvis man ser på hvor mange KWh de laver i deres levetid og omkostninger. OBS. Da jeg var færdig med at stille min solfanger op, så beregnede jeg at den ville koste omkring 50 øre/KWh varmt vand som den producerede i dent's levetid. Efter hukommelsen."

Hvad koster dette salt materiale per kg. hvis produktionen kan blive sat på skinner, og dette kunne blive en kæmpe sællert. giv et bud.

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten