Penyimpanan energi diperlukan, misalnya, agar listrik yang dihasilkan dari tenaga surya dapat tersedia sepanjang waktu. Untuk massa media penyimpanan tertentu, tunjukkan bahwa rasio antara kapasitas penyimpanan energi termal sensibel dan kapasitas penyimpanan energi potensial dapat dinyatakan sebagai suatu persamaan
$$R = \frac{\Delta E_{st,t}}{\Delta E_{st,PE}} = \frac{c \Delta T}{gz}$$
yang melibatkan $\Delta T$ (selisih antara suhu maksimum dan minimum terkait penyimpanan energi termal), $c$ (kalor jenis), dan $z$ (koordinat vertikal untuk penyimpanan energi potensial). Dengan menggunakan beton campuran batu sebagai media penyimpanan, tentukan nilai R untuk $\Delta T = 100^\circ \text{C}$ dan $z = 100 \text{ m}$. Pendekatan penyimpanan energi mana, termal atau potensial, yang lebih efektif untuk parameter dalam persoalan ini?
Kita identifikasi data yang diperlukan
- Selisih Suhu ($\Delta T$): $373,15 \text{ K}$
- Ketinggian Vertikal ($z$): $100 \text{ m}$
- Percepatan Gravitasi ($g$): $9,8 \text{ m}/\text{s}^2$
- Kalor Jenis Beton ($c$): $880 \text{ J/(kg}\cdot\text{K)}$
Perubahan energi termal yang disimpan di dalam suatu material ketika suhunya dinaikkan sebesar $\Delta T$ dirumuskan oleh
$$\Delta E_{st,t} = m \cdot c \cdot \Delta T$$
Di mana $c$ adalah kalor jenis (specific heat) material tersebut.
Perubahan energi potensial gravitasi yang disimpan ketika massa tersebut diangkat sejauh ketinggian vertikal $z$ dirumuskan oleh
$$\Delta E_{st,PE} = m \cdot g \cdot z$$
Di mana $g$ adalah percepatan gravitasi bumi ($9,81 \text{ m/s}^2$).
Jika kita membagi kapasitas energi termal dengan energi potensial untuk massa ($m$) yang sama, kita akan mendapatkan:
$$R = \frac{\Delta E_{st,t}}{\Delta E_{st,PE}}$$
$$R = \frac{m \cdot c \cdot \Delta T}{m \cdot g \cdot z}$$
$$R = \frac{c \cdot \Delta T}{g \cdot z}$$
Substitusikan nilai-nilainya
$$R = \frac{880 \cdot 100}{9,8 \cdot 100}$$
$$R = \frac{88000}{980}$$
$$\mathbf{R = 89,795}$$
Untuk jumlah massa beton yang sama, pendekatan penyimpanan energi termal jauh lebih efektif karena mampu menyimpan energi sebesar 89,7 kali lipat lebih banyak daripada jika beton tersebut diangkat setinggi 100 meter sebagai penyimpan energi potensial (seperti pada sistem penyimpanan energi berbasis gravitasi/gravity energy storage).
