熱電池を用いた再生可能エネルギーの活用

ヒートバッテリーとも呼ばれる固体熱電池は、再生可能エネルギーや産業廃熱などから得られる断続的な電気エネルギーを熱エネルギーとして長期間蓄える技術です。そして、大規模な産業運営に必要な規模で持続可能な熱と電力を供給します。これらの熱電池には、高温の熱エネルギーを絶縁されたモジュール内で保存するために、ガラススラグ、鉄鋼スラグ、コンクリート、シリコン、グラフェンなどの高温・高エネルギー密度材料が使われています。企業ごとに熱の生成や蓄熱方法に違いはありますが、基本原理は同じです。風力や太陽光といった再生可能エネルギーが低コストの蓄熱材を加熱し、それを絶縁して保存した後、必要な時に製造用途で熱を放出します。

これらの熱エネルギー蓄積システムは、コンテナサイズで設計されることが一般的で、断熱された大容量の蓄熱材を650 ～ 3000℃の範囲、通常は約1200℃で加熱します。発光した高温物質から放射されるエネルギーは、高効率の太陽電池で回収されるか、直接産業プロセスに熱として利用されます。このように、必要な規模と温度で産業用に熱を供給します。

充電状態は温度によって測定され、この温度を正確にモニタリングすることが、熱電池の制御には不可欠です。しかし、高温環境では配線や断熱の問題が発生するため、接触型の温度測定は現実的ではありません。また、従来の接触型センサーは、極端な温度範囲やセンサーのドリフトにより正確性が低下します。そのため、非接触の赤外線測定が熱バッテリーの監視には不可欠です。

２色式パイロメーターによる充電状態の正確な測定

熱電池の充電状態は、熱質量の温度と直接相関しています。これらの電池のエネルギー容量が大きいほど温度範囲も広くなり、温度変化による材料の放射率の変化によって温度の測定値が不正確になる可能性があります。

この課題を解決するために、２色式の原理を用いた温度測定を活用します。従来の単一波長のパイロメーターが１つの波長での放射強度を利用して温度測定するのに対し、２色式パイロメーターは２つの異なる波長の強度比率に基づいて温度を計算します。

この比率に基づく測定は放射率の変化に左右されにくく、温度変動が大きい場合でも信頼性の高い測定を可能にします。Optris社はこのような特徴を持つ２色式のパイロメーターを提供しており、それらパイロメーターが持つ、放射率変化を事前に設定できるスマート比率モードを使うと、温度測定の精度がより向上します。

優れた熱バッテリー監視のためのOptris社パイロメーターの統合

米国のある産業用熱電池システムでは、Optris社の２色式パイロメーターCT ratioを導入し、1200℃を超える温度測定を行っています。このデバイスは、熱蓄積システム内の過熱グラファイトを監視するために不可欠な、正確な非接触測定機能を提供します。Optris社のパイロメーターは、高い光学解像度と堅牢な設計により、密閉された厳しい条件下でも正確な温度測定が可能です。さらに、４ ～ 20mA出力を介して既存のプロセス制御システムに統合することで、データ分析やプロセス最適化が円滑に行われ、高いエネルギー回収効率が実現します。

CT ratioは、熱電池の蓄熱材のエネルギー容量を正確に把握してプロセスの最適化を可能にします。さらに、Optris社の包括的なソフトウェアサポートと、スマート比率モードなどの高度なアルゴリズムにより、蓄熱システム全体の有効性と効率を向上させ、バッテリー監視用途に最適な選択肢となっています。