Автор: Аллахвердян Нарина Львовна

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №8 (112) апрель-2 2016 г.

Дата публикации: 18.04.2016

Библиографическое описание:

Аллахвердян Н. Л. Аккумуляторы тепловой энергии и их применение // Молодой ученый. — 2016. — №8. — С. 174-176.



Вопросы энергосбережения и энергоэффективности вызывают все больший интерес с каждым годом во всем мире. Аккумулирование энергии позволяет сберечь энергию и обеспечить резерв в случае внезапного прекращения работы основного источника энергии. Рассмотрены виды аккумулирования энергии и способы их применения во всех современных сферах деятельности человека.

Ключевые слова: аккумулирование, тепловой накопитель, энергоэффективность, энергосбережение, отопление.

Энергетика является одной из ведущих отраслей современного хозяйства. В настоящее время одним из ключевых направлений развития современной экономики является энергоэффективность.

Тепловое аккумулирование — это химические или физические процессы, которые позволяют накапливать тепло в тепловом аккумуляторе. Тепловой аккумулятор состоит из резервуара для хранения, аккумулирующей среды (рабочего тела), устройств для зарядки и вспомогательного оборудования. Одним из способов сбережения энергии является использование так называемых аккумуляторов энергии (тепловых накопителей). Подобные установки способны сберечь энергию и обеспечить резерв в случае внезапного прекращения работы системы отопления.

Основной целью аккумулирования энергии является преодоление, сглаживание несоответствий между подачей энергии потребителю и его реальными потребностями. Еще одной важной задачей аккумулирования энергии является выравнивание выработки энергии, то есть уменьшение подачи в период пиковых нагрузок и заполнение провалов тогда, когда энергия почти не используется.

Тепловые накопители (аккумуляторы), как правило, работают на принципе накопления — выделения внутренней энергии. Это достигается за счет химических или физических процессов внутри аккумулятора. Например, за счет нагревания, охлаждения жидких или твердых тел, плавления и других обратимых реакций. [1–2]

Нельзя обойти стороной так же вопрос экономической целесообразности, так как аккумулирование энергии позволяет значительно уменьшить затраты потребителя. Простой пример ячейки теплового накопителя приведен на рисунке 1.

Вокруг канала с протекающим по нему теплоносителем расположено теплоаккумулирующее вещество. При заряде температура теплоносителя на входе в накопитель больше температуры на выходе из него. Протекая по каналу и остывая, горячий теплоноситель отдает энергию теплоаккумулирующему материалу.

Рис. 1. Расчетная схема теплового накопителя с однофазным теплоаккумулирующим материалом

Накопление энергии происходит за счет теплоемкости, температура материала возрастает. При разряде температура теплоносителя на входе в накопитель меньше температуры на выходе из него. Протекая по каналу, холодный теплоноситель нагревается за счет остывания теплоаккумулирующего материала. Температура материала понижается. [3]

По аккумулирующей среде можно установить следующую классификацию аккумуляторов тепла:

– прямое аккумулирование (теплообмен и аккумулирование происходят в одной среде)

– косвенное аккумулирование (только теплообмен, процесс может протекать с фазовым переходом и без)

– полупрямое аккумулирование

– сорбционное (основано на способности некоторых веществ абсорбировать газы с выделением тепла)

На сегодняшний день существует большое количество разных видов аккумуляторов энергии: паровые, жидкостные, с электронагревательным элементом, пневматические, со скользящим давлением, с постоянным давлением.

Применение тепловых накопителей вразличных отраслях

Самым распространенным и привычным для нас примером теплового накопителя в жилищно-коммунальном хозяйстве является накопительный водонагреватель. Подобная установка нашла широкое применение в домах, квартирах, дачах, а так же в промышленных зданиях, общественных центрах и т. д. и т. п. Устройство таких водонагревателей одновременно очень простое и экономически эффективное.

Но в жилищно-коммунальном хозяйстве основными потребителями тепловой энергии являются системы отопления зданий. В случае отопления помещений применяется аккумулирование с использованием тепла фазового перехода (замораживание воды при 0°С). В странах, где затраты на охлаждение летом очень высоки и соизмеримы с затратами на отопление в летнее время, целесообразно применять аккумулирование посредством льда. Это позволяет получить двойной эффект от системы отопления. Возможности применения тепловых накопителей в жилищно-коммунальном хозяйстве активно обсуждаются в Европе и США.

Еще одним современным примером теплового накопителя является топливный двигатель на солнечной энергии. Он применяется преимущественно в авиационной и космической технике. Работа солнечного теплового двигателя обеспечивается подведением энергии с помощью внешней концентрирующей системы к поглощающей поверхности приемника двигателя. Рабочее тело двигателя протекает внутри приемника и нагревается. Поступая затем в обычное реактивное сопло, оно расширяется и создает тягу [3–5].

Термодинамический цикл солнечного термического двигателя приведен на рисунке 2.

Рис. 2. Идеальный термодинамический цикл солнечного термического двигателя

Области применения солнечных термических двигателей:

– перевод спутников с низких околоземных орбит на геостационарные

– очистка космического мусора

– полеты до орбит других планет Солнечной системы, включительно до орбиты Марса (двигатели мощностью 1–5 МВт);

– поддержание орбит долговременных орбитальных станций (двигатели мощностью 10–20 кВт).

Аккумуляторы энергии так же широко применяются в судостроении. Пассажирские малотоннажные суда, осуществляющие перевозки на морских и озерных линиях, как правило, имеют дизельные энергетические системы. В данном случае, главное целью их работы является обеспечение бортовых потребителей тепловой энергией необходимого качества и в достаточном количестве. Так как пуск судового дизеля должен происходить в некоторых случаях при температуре не ниже +15–20 градусов Цельсия, то соответственно необходим подогрев дизеля при низких температурах. Для этой цели могут применяться различные установки, например, дополнительные котлы и водоводяные холодильники. Для подогрева аккумулятора целесообразно использовать накопленное ранее отводимое тепло самого дизеля. Это позволяет отказаться от дополнительного расхода горюче-смазочных материалов. Экономия зависит от условий эксплуатации и может составлять от сотен килограммов до нескольких тонн.

Применение теплового накопителя энергии позволяет снизить не только расход горюче-смазочных материалов, но также общее количество вредных веществ, выбрасываемых в окружающую среду при работе дизеля.

Дорожные и транспортные средства с аккумуляторами теплоты. Тепловое аккумулирование в транспортных средствах представляет собой частный случай аккумулирования энергии для получения дополнительной мощности там, где в дополнение к временному несоответствию также возникает и локальное несоответствие между подачей и потреблением энергии. Определяющим фактором применения аккумулятора в транспортных средствах являются его объем и масса. Тепловые и пневматические накопители в транспортных средствах применяются наряду с электромеханическими, маховичными накопителями кинетической энергии и аккумуляторами топлива.

В промышленных установках для кратковременного аккумулирования энергии широко применяются твердотельные регенераторы и аккумуляторы пар (горячая вода). Так же могу использоваться накопители, работающие на энергии воды нормального или повышенного давления. Основой задачей аккумуляторов энергии в промышленности является не столько непосредственная экономия энергии, сколько снижение потребления энергии извне, особенно в случае установок с комбинированной выработкой электричества и тепла. [3–8]

Системы теплового аккумулирования энергии нашли широкое применение в энергетических установках, промышленности, жилищно-коммунальном хозяйстве и транспортных средствах. Интерес к ним растет как в западных странах, так и в России. Так как вопросы энергоэффективности и энергосбережения всегда остаются актуальными, основные принципы аккумулирования энергии найдут свое применение и в будущих технологиях.

Литература:

  1. Бекман Г, Гилли П. В. Тепловое аккумулирование энергии. — М.: Мир, 1987. — 269 с.
  2. Левенберг В. Д. Аккумулирование тепла. — К.: Техника, 1991.
  3. Куколев М. И.. Основы проектирования тепловых накопителей энергии — Петрозаводск, 2001.
  4. Сотникова, О. А. Аккумуляторы теплоты теплогенерирующих установок систем теплоснабжения / Журнал «АВОК». — 2003. — № 5.
  5. Аладьев И. Т., Рзаев А. И., Филатов Л. Л. Аккумуляторы тепла фазового перехода для солнечных электростанций с натриевым теплоносителем // Аккумулирование энергии и пути повышения эффективности работы электростанций и экономии энергии: Матер. Все-союз. науч.–техн. совещания. Часть 2. — М.: ЭНИН, 1986. — С. 157–163.
  6. Андрющенко А. И. Основы термодинамики циклов теплоэнергетических установок: Учеб. пособие. — М.: Высшая школа, 1985. — 320 с.
  7. Астахов Ю. Н., Веников В. А., Тер-Газарян А. Г. Накопители энергии в электрических системах. — М.: Высшая школа, 1989. — 160 с.
  8. Висканта Р. Теплообмен при плавлении и затвердевании металлов // Современное машиностроение. Серия А. — 1989. — № 6. — С.119–139.
Основные термины (генерируются автоматически): аккумулирования энергии, аккумуляторов энергии, теплового накопителя, Аккумулирование энергии, тепловой энергии, аккумулирование энергии, тепловых накопителей, Аккумуляторы тепловой энергии, виды аккумулирования энергии, задачей аккумулирования энергии, жилищно-коммунальном хозяйстве, теплового аккумулирования энергии, целью аккумулирования энергии, теплового накопителя энергии, тепловых накопителей энергии, кратковременного аккумулирования энергии, случай аккумулирования энергии, Аккумуляторы энергии, основного источника энергии, принципы аккумулирования энергии.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle