أظهرت دراسة أجراها باحثون في جامعة بنسلفانيا الأمريكية أن دمج مضخات الحرارة المنزلية مع أنظمة تخزين الطاقة الحرارية الكيميائية القائمة على كربونات البوتاسيوم يمكن أن يعزز كفاءة هذه المضخات بشكل كبير، خاصة خلال فصول الشتاء الباردة.
كيف يعمل النظام المقترح
يعتمد النظام على مبدأ تفاعل كربونات البوتاسيوم مع الماء (ترطيب) لتحرير الحرارة، وعملية التجفيف (إزالة الماء) بتسخين المادة لتخزين الطاقة كيميائيًا. تقوم مضخة الحرارة بشحن وحدة التخزين خلال فترات انخفاض الطلب على الكهرباء، حيث تحتاج العملية إلى ماء بدرجة حرارة 80 مئوية تقريبًا. عند الحاجة للتدفئة، تطلق الطاقة المخزنة لتسخين ماء بدرجة 35 مئوية يغذي نظام التدفئة الإشعاعي في المبنى.
نتائج المحاكاة والتحديات
نمذج الباحثون منزلًا مستقلًا مساحته 220 مترًا مربعًا في ظروف مناخ نيويورك، وأجروا 96 محاكاة مختلفة. أظهرت النتائج أن النظام الحالي يتطلب وحدة تخزين حراري كيميائي بسعة 68 كيلوواط/ساعة وبطارية بسعة 168 كيلوواط/ساعة لتلبية احتياجات التدفئة دون تجاوز حدود استهلاك الشبكة. ويعود الفرق الكبير في السعة إلى تدني كفاءة شحن النظام الحراري الكيميائي (45%) مقارنة بالبطاريات (95%).
أهداف التحسين المستقبلية
حدد الباحثون هدفين رئيسيين لجعل التقنية قابلة للتطبيق العملي: رفع كفاءة شحن النظام الحراري الكيميائي من 45% إلى 65%، وزيادة معامل أداء مضخة الحرارة (COP) بنسبة 25% على الأقل في المناخات الباردة. إذا تحققت هذه التحسينات، يمكن للتخزين الحراري الكيميائي أن يتولى حصة أكبر من مهام تخزين الطاقة، مما يخفف الأحمال عن الشبكة الكهربائية في أوقات الذروة الشتوية.