岩床熱エネルギー貯蔵システムの連続多孔質媒体CFDモデリング:圧力損失および相間熱伝達相関のレビュー

本研究では、再生可能エネルギーおよび産業用エネルギーシステムの柔軟性と効率を向上させるための熱エネルギー貯蔵(TES)について、玄武岩骨材とカプセル化相変化材料(PCM)(60 wt.% NaNO3–40 wt.% KNO3)を用いた充填層材料による顕熱および潜熱貯蔵の実験的比較を行った。空気ベースのTESリグで、空気流量60〜120 kg/h、充填層温度400°C超の条件下で試験を実施した。結果として、空気流量の増加は熱前線伝播を加速し、充放電電力を向上させたが、貯蔵・回収エネルギーの増加は比例しなかった。玄武岩層は、約150°Cで108〜160 MJ/m3、320°C超で351〜405 …

従来の地熱貯留層評価モデルでは単一の評価パラメータに依存しており、地熱抽出性能の正確かつ効果的な評価を妨げている。また、冷水注入による機械的変形は、流体挙動と地熱エネルギー回収の両方に大きな影響を与える。本研究では、熱・水理・力学(THM)連成単一亀裂モデルを、有限要素法フレームワークを用いて開発した。このモデルは、地熱抽出効率と貯留層岩石の変形を多パラメータで評価できる。シミュレーション結果によると、貯留層温度は注入井から生産井にかけて徐々に低下し、約200日間の初期安定生産期間の後、出口温度は徐々に低下する。注入井と生産井の間の優先的な「最速流路」の存在は、安定生産期を維持する上で重要な…

• 積層造形(AM)は内部ジオメトリ・多孔性・表面積対体積比・流路を精密制御でき、従来のTES技術の熱伝達率不足という実用化制約を克服する有望なアプローチとして登場した。
• 粉末床溶融結合、指向性エネルギー堆積、材料押出、バット光重合、バインダージェッティングなど、TES用途に関連するAM技術がレビューされ、製造プロセス・材料選択・熱性能の関係がSHTES、LHTES、TCESシステム全体で議論されている。
• 格子ネットワークや三次元周期最小曲面(TPMS)ジオメトリ、埋め込み熱交換器、トポロジー最適化などの計算設計手法による熱伝達向上戦略と相変化材料(PCM)統合構造に重点が置かれている。

産業プロセスでは大量の熱エネルギーが消費されるが、熱源とシンクの時間、温度レベル、電力需要、稼働スケジュールの違いから、回収可能な多くの廃熱が未利用のままとなっている。熱エネルギー貯蔵(TES)は、熱供給と熱需要を切り離し、廃熱回収、ピーク負荷削減、プロセス熱の電化、連続・バッチ・断続的プロセスの柔軟な運用を支援できる。本レビューは、単なる貯蔵材料の視点ではなく、プロセス統合の視点から産業用TESを評価する。感熱、潜熱、熱化学、吸着ベース、ハイブリッド、蒸気ベースの貯蔵システムを、供給温度、貯蔵期間、充放電電力、応答時間、熱損失、信頼性、統合の複雑さ、技術経済的実現可能性の観点から比較する。…

• CO2プルーム地熱システム(CPGS)において、CO2は蒸留水と比較して20〜50%高い熱伝達能力を示した
• 実験と数値シミュレーションを組み合わせて、注入流量・注入温度・貯留層温度がCPGSの熱伝達効率に与える影響を定量化した