System and component development for long-duration energy storage using particle thermal energy storage

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作者
Zhiwen Ma,Xingchao Wang,Patrick Davenport,Jeffrey Gifford,Korey Cook,Janna Martinek,Jason Schirck,Aaron Morris,Matthew Lambert,Ruichong Zhang
出处
期刊:Applied Thermal Engineering [Elsevier BV]
卷期号:216: 119078-119078 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.applthermaleng.2022.119078
摘要

Energy storage, at various scales, will be required to maintain reliable power supply from variable renewable resources, and improve grid resilience. Long-duration energy storage (10–100 h) can substitute baseload coal power generation and increase levels of renewable power supply. Thermal energy storage (TES) has siting flexibility and the ability to store a large capacity of energy, and thus it has the potential to meet the needs of long-duration energy storage. A novel TES system was developed by using solid particles as storage media and charging/discharging electricity from renewable power connected via the electric grid. The particle TES uses low-cost silica sand at 30–40$/Ton that is stable at high temperatures of>1,000 °C. Thus, the particle TES system has an overall low storage cost and high thermal-power efficiency. Key components of the system were conceptually designed and modeled for their performance. Conversion of electricity to thermal energy using electric heating can achieve a>98% charging efficiency, and the conversion of thermal energy back to electricity uses an air-Brayton combined power cycle with > 52% thermal-to-electricity efficiency at > 1,170 °C to achieve a > 50% roundtrip efficiency after subtracting estimated plant parasitic losses. Laboratory-scale prototypes were fabricated and tested to verify their design approaches and operations relevant to product-scale components.
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