Effektiv värmeväxlare redo att testas
En 3D-printad värmeväxlare i aluminium fylld med fasändringsmaterial, det har professor Viktoria Martin och kollegor från KTH provat fram i labbmiljö. Resultatet är en prototyp med både hög energitäthet och hög effekt. Nästa steg är att göra en installation på försök i ett riktigt ventilationssystem.
– Behovet av lagring är enormt. Vi kommer behöva en mix av lagringstekniker och använda olika lösningar för vad som är bäst i specifika fall. Och det finns mycket att hämta på användarsidan för att flytta behovet av värme och kyla i tid när vi ska integrera fluktuerande, förnybara energikällor, säger Viktoria Martin .
Material som ändrar fas, exempelvis is som smälter till vatten, ger tillgång till stora mängder energi. Den möjligheten är vad Viktoria Martin, professor i energiteknik vid KTH, har försökt dra nytta av i ett Termoprojekt för att skapa ett kombinerat värmelager och värmeväxlare som har luft som värmebärare.
– Med fasändringsmaterial handlar det om att få in så mycket termisk energi som möjligt i en begränsad volym. Det utvecklingsspåret kommer bli viktigt för elektrifieringen och för att göra hela energisystemet så klimatsmart som möjligt, säger Viktoria Martin.
Tidigare försök att byta fas och använda luft som värmebärare har inte fungerat så bra, eftersom luft inte har så bra värmeegenskaper, enligt Viktoria Martin. Men vinsten med luft är att man kan undvika en vätskeburen värmebärare.
– Det handlar om att slippa en extra värmeväxling, säger Viktoria Martin.
En utmaning med fasändringsmaterial är att de visserligen kan lagra mycket värme, men att de är isolerande in mot kärnan och därmed leder värme dåligt.
– Så effekten, hur snabbt man kan få ut energin, är ofta ganska dålig. Vi har därför jobbat med minikanaler för att luften ska få stor kontaktyta när den strömmar genom fasändringsmaterialet, säger Viktoria Martin.
I projektet har de använt aluminium och låtit 3D-printa olika prototyper av batterier för värmeväxling och fyllt dem med ett fasändringsmaterial som smälter och stelnar vid cirka 20 grader. Batteriet är till 80 procent fyllt med fasändringsmaterial, resten är minikanalerna, vilket ger stor yta för värmeväxling.
Tanken är att slutprodukten ska kunna placeras i exempelvis ventilationskanaler, för att kunna laddas nattetid med kyla och användas för kylning på dagtid. Andra användningsområden är till exempel i bilar. För en elbil kan det ge ökad räckvidd om det elektriska batteriet inte behöver användas lika mycket för att skapa komfortkyla inne i bilen.
– Vi har fått fram en hög energitäthet, cirka 40 kWh per kubikmeter vilket är ungefär tre gånger mer än i kallvattenlager. Även effektprestandan är god, vi har nått 17–26 kW per kubikmeter, säger Viktoria Martin.
Nästa steg är att söka finansiering för att kunna göra en installation på försök i ett riktigt ventilationssystem, för att göra tester i praktiken.
Vilka är de största utmaningarna för att lagring ska utvecklas och bidra mycket till energisystemet?
– Framför allt handlar det om att kunna se att energitjänsterna finns i ett system, och inte titta separat på produktion, transmission och så vidare utan få till sektorkopplingen. Där spelar lagring stor roll. Dessutom är policysidan viktig. Till exempel bör inte lagringstjänster dubbelbeskattas, både när man köper el för att ladda ett batteri och sedan när man levererar energitjänsten. Det skulle ställa till det för lönsamheten.
Vad tror du om framtiden för lagring med fasändringsmaterial?
– Sverige har satsat länge på fasändringamaterial men inte kommit till kommersiell implementering. Det är dags för testbäddar så att vi visa vad tekniken går för.
Text: Daniel Hirsch, Energiforsk och TERMOinnovation
Läs mer om forskningen i Journal of Energy Storage (publikation på engelska)