Výzkum a vývoj vysokoteplotního úložiště tepla
Výzkumný úkolu TA ČR 1020348
Spoluřešitelé: Isatech, ČGS, Arcadis Geotechnika, ÚSMH AV ČR, Technická univerzita v Liberci
2011-2014
V projektu RESEN byla provedena analýza běžných hornin z území České republiky. Na vzorcích ze 41 lokalit byly změřeny geomechanické vlastnosti. Byly vybrány 4 sedimentární horniny, 12 vulkanitů, 9 plutonitů a 16 metamorfovaných hornin. Pro srovnání byl testován i vzorek běžného betonu. Deset vhodných kandidátů bylo vybráno k širšímu zkoumání a k analýze tepelných vlastností. Optimální horninou pro tepelná úložiště byl vyhodnocen granit z lokality Panské Dubenky. Tento granit vykazuje nejvyšší tepelnou kapacitu a nejnižší pokles tepelné vodivosti s rostoucí teplotou. Zároveň byla prokázána jeho stabilita při opakované tepelné zátěži při teplotách 400 °C.
S cílem zlepšení tepelné vodivosti materiálu tepelného úložiště byl vyvíjen vysoce tepelně vodivý materiál založený na směsi geopolymeru s grafitem. Přesněji směsi vodního skla, metakaolinu a vločkového grafitu různých velikostí. Materiál je tepelně odolný a má 6 až 10× vyšší vodivost oproti běžným horninám. Cyklický ohřev TVG prokázal stabilitu do 400 °C za přítomnosti atmosférického kyslíku. Tepelná stabilita základního geopolymeru je více než 800 °C, ale maximální pracovní teplota je limitována vodivými aditivy, které jsou oxidovány při teplotách nad 400 °C. Tepelná vodivost a kapacita vzorků užívaných materiálů byla změřena přístrojem Hot Disk Thermal Constants Analyser. Výsledné hodnoty jsou 19,7–23,3 W∙m−1K−1 a 1,05–1,51 MJ∙m−3K−1 v závislosti na rozložení zrnitostních frakcí užitých aditiv. Ostatní parametry tepelně vodivé hmoty jsou: objemová hmotnost 1150 kg∙m−3; pórovitost 40 %; pevnost v prostém tlaku 4 MPa.
Experimentální teplené úložiště využívající kombinaci granitových kostek a tepelně vodivého geopolymeru bylo sestaveno na pracovišti ÚSMH a podrobeno opakovaným zátěžovým zkouškám. Získaná data byla využita pro sestavení numerického modelu v sw. COMSOL Multiphysics a porovnáno s objemově totožným úložištěm využívající betonový nebo granitový monoblok.
Černý, M. (2014). Matematické modelování termodynamických úloh. In Sborník příspěvků XIV. hydrogeologického kongresu a II. inženýrskogeologického kongresu, Liberec, ČR, 2.-5.9.2014. Technická univerzita v Liberci. ISBN 978-80-903635-4-0.
Černý, M. (2014). Vysokoteplotní akumulátor tepla s geopolymerem. TZB‑info, roč. 27, č. 16, s. 1-10. ISSN: 1801-4399.
Černý, M., Uhlík, J., Nosek, J., Lachman, V., Hladký, R., Franěk, J., & Broz, M. (2014). Evaluation of New Thermally Conductive Geopolymer in Thermal Energy Storage. In International Congress on Energy Efficiency and Energy Related Materials (ENEFM2013). (A. Y. Oral, Z. B. Bahsi, & M. Ozer, Eds.) Springer Proceedings in Physics (Vol. 155). Springer International Publishing. DOI: 10.1007/978-3-319-05521-3_32
