Закрыть

Накопитель тепла: Накопитель тепла в системе отопления – как работает, какие дает преимущества?

Содержание

Теплоаккумулятор в наличии для котлов отопления российского производства

Описание

Теплоаккумулятор (второе название — буферная емкость) представляет собой теплоизолированный герметичный резервуар, работающий под давлением системы отопления.

Водяной теплоаккумулятор для отопления применяется в системах с твердотопливными и электрическими котлами для повышения удобства использования, эффективности и безопасности работы системы. Наиболее часто теплоаккумуляторы используются в частных загородных домах и на предприятиях, которые стремятся повысить свою энергоэффективность.

Достоинства при использовании в частных домах

Котел достаточно топить один раз в сутки Аккумулятор тепла значительно увеличивает объем системы отопления, что позволяет топить котел один раз в сутки, в сильные морозы – два раза в сутки.

В доме всегда тепло, даже утром Накопленное тепло равномерно в течение суток поступает из теплового аккумулятора в систему отопления. Используя теплоаккумулятор для отопления из нержавейки или конструкционной стали можно избежать таких сомнительных ухищрений, как прикрывание заслонки котла для увеличения времени горения, что категорически вредно для котла и снижает его срок службы из-за закоксовывания теплообменника, дымохода и образования разъедающего котел конденсата.

Котел максимально эффективен и экономичен Благодаря теплоаккумулятору, твердотопливный котел всегда работает в полную мощность, топливо полностью прогорает. Это повышает КПД котла до 80% и снижает количество потребляемого топлива на 40%, также предотвращает образование конденсата и закоксовывание теплообменника котла и дымохода, что положительно сказывается на их долговечности.

Безопасность и защита системы от перегревания На территории ЕС законодательно запрещена установка твердотопливных котлов без теплоаккумуляторов по соображениям экологичности и безопасности. Это связано с тем, что, если в системе отопления не установлен теплоаккумулятор, в случае отключения электричества и остановки циркуляционного насоса, высока вероятность перегревания и закипания котла.

В худшем случае возможен даже взрыв котла – со всеми сопутствующими последствиями. Если же в системе установлен теплоаккумулятор, то при отключении электричества и прекращении циркуляции теплоносителя теплоаккумулятор аккумулирует избыток тепловой энергии и предотвращает возникновение негативных последствий перегревания системы.

Преимущества использования на предприятиях

Использование теплоаккумулятора на предприятии, позволяет задействовать невостребованные источники тепловой энергии для нужд отопления помещений. Среди таких источников: техническая горячая вода от технологических процессов, тепловая энергия, вырабатываемая в процессе работы систем кондиционирования и охлаждения и т.д.

Применение теплоаккумулятора в системах с электрическим котлом позволяет использовать двухтарифную систему расчета стоимости электроэнергии.

В этом случае электрический котел работает по льготному тарифу в ночное время, а теплоаккумулятор для отопления накапливает тепловую энергию, возвращая ее в систему уже в рабочее время, когда электроэнергия значительно дороже.

Если вы хотите купить теплоаккумулятор для котлов отопления российского производства Electrotherm, обратитесь к нашим консультантам или напишите на адрес [email protected]

Теплоаккумулятор Electrotherm 2000 B (на 2000 литров / 2 куба)

Внутренний бак из высокопрочной конструкционной стали с покрытием

Толщина стали от 3 мм, внутреннее покрытие состоит из керамики с особыми компонентами. Покрытие надежно защищает внутренний бак от коррозии и устойчиво к деформации. Теплоаккумуляторы с покрытием используются для нагрева и хранения питьевой воды, воды для санитарных нужд (душевые, прачечные, бассейны и т.п.) и воды для технических нужд, что подтверждается соответствующим экспертным заключением.

Снаружи бак покрывается специальной краской, которая обладает водоотталкивающими свойствами, служит для защиты бака от агрессивного воздействия окружающей среды и от внешних механических повреждений при транспортировке и подключении.

Интересный факт: для внешней покраски используется покрытие того же изготовителя, что и для Эйфелевой башни в Париже и моста «Золотые ворота» в Сан-Франциско.

Внутренний бак из высокопрочной конструкционной стали без покрытия

Толщина стали от 3 мм, емкости с баком из конструкционной стали применяются в замкнутых системах отопления в качестве теплоаккумулятора (буферной емкости) и в системах вентиляции в качестве холодоаккумулятора. Снаружи бак покрывается специальной краской, которая обладает водоотталкивающими свойствами, служит для защиты от внешнего воздействия коррозии, и внешних механических повреждений при транспортировке и подключении.

Интересный факт: для внешней покраски используется покрытие того же изготовителя, что и для Эйфелевой башни в Париже и моста «Золотые ворота» в Сан-Франциско.

Внутренний бак из нержавеющей стали

Теплоаккумуляторы из нержавеющей стали используются для нагрева и хранения питьевой воды, воды для санитарных нужд (душевые, прачечные, бассейны и т.

п.) и воды для технических нужд. Для изготовления применяется нержавеющая сталь европейского производства (Франция, Финляндия) марки AISI 321 с добавлением титана т.к. она обладает лучшими антикоррозионными свойствами, чем традиционно применяемые стали AISI 304 и AISI 304L.

Почему важна страна производства стали: свойства нержавеющей стали определяет содержание в ней легирующих добавок (по большей части хрома и никеля), которые и придают стали антикоррозионные свойства. В европейской стали содержание легирующих добавок выше, и сталь обладает более сильными антикоррозионными свойствами, в сравнении с некоторыми видами российской стали, где для удешевления используется минимальное количество легирующих добавок на нижней границе стандарта.

Теплоаккумуляторы всех типов проходят испытания избыточным давлением

Испытания проходит каждый произведенный теплоаккумулятор. Испытательное давление составляет до х2 от номинального рабочего давления. Это значит, что теплоаккумуляторы с рабочим давлением 3 бар испытывают под давлением 6 бар, что подтверждает исключительную надежность и качество оборудования

Высокая надежность теплоаккумуляторов Electrotherm обусловлена тщательным выбором материалов и использованием сварочного оборудования и оригинальных присадочных материалов ведущих европейских концернов.

Узнать больше о достоинствах продукции Electrotherm, Вы можете здесь ›.

Теплоаккумулятор Electrotherm 3000 B (на 3000 литров / 3 куба)

Внутренний бак из высокопрочной конструкционной стали с покрытием

Толщина стали от 3 мм, внутреннее покрытие состоит из керамики с особыми компонентами. Покрытие надежно защищает внутренний бак от коррозии и устойчиво к деформации. Теплоаккумуляторы с покрытием используются для нагрева и хранения питьевой воды, воды для санитарных нужд (душевые, прачечные, бассейны и т.п.) и воды для технических нужд, что подтверждается соответствующим экспертным заключением.

Снаружи бак покрывается специальной краской, которая обладает водоотталкивающими свойствами, служит для защиты бака от агрессивного воздействия окружающей среды и от внешних механических повреждений при транспортировке и подключении.

Интересный факт: для внешней покраски используется покрытие того же изготовителя, что и для Эйфелевой башни в Париже и моста «Золотые ворота» в Сан-Франциско.

Внутренний бак из высокопрочной конструкционной стали без покрытия

Толщина стали от 3 мм, емкости с баком из конструкционной стали применяются в замкнутых системах отопления в качестве теплоаккумулятора (буферной емкости) и в системах вентиляции в качестве холодоаккумулятора. Снаружи бак покрывается специальной краской, которая обладает водоотталкивающими свойствами, служит для защиты от внешнего воздействия коррозии, и внешних механических повреждений при транспортировке и подключении.

Интересный факт: для внешней покраски используется покрытие того же изготовителя, что и для Эйфелевой башни в Париже и моста «Золотые ворота» в Сан-Франциско.

Внутренний бак из нержавеющей стали

Теплоаккумуляторы из нержавеющей стали используются для нагрева и хранения питьевой воды, воды для санитарных нужд (душевые, прачечные, бассейны и т.п.) и воды для технических нужд. Для изготовления применяется нержавеющая сталь европейского производства (Франция, Финляндия) марки AISI 321 с добавлением титана т.

к. она обладает лучшими антикоррозионными свойствами, чем традиционно применяемые стали AISI 304 и AISI 304L.

Почему важна страна производства стали: свойства нержавеющей стали определяет содержание в ней легирующих добавок (по большей части хрома и никеля), которые и придают стали антикоррозионные свойства. В европейской стали содержание легирующих добавок выше, и сталь обладает более сильными антикоррозионными свойствами, в сравнении с некоторыми видами российской стали, где для удешевления используется минимальное количество легирующих добавок на нижней границе стандарта.

Теплоаккумуляторы всех типов проходят испытания избыточным давлением

Испытания проходит каждый произведенный теплоаккумулятор. Испытательное давление составляет до х2 от номинального рабочего давления. Это значит, что теплоаккумуляторы с рабочим давлением 3 бар испытывают под давлением 6 бар, что подтверждает исключительную надежность и качество оборудования

Высокая надежность теплоаккумуляторов Electrotherm обусловлена тщательным выбором материалов и использованием сварочного оборудования и оригинальных присадочных материалов ведущих европейских концернов.

Узнать больше о достоинствах продукции Electrotherm, Вы можете здесь ›.

Тепловой аккумулятор – зачем нужен отопительной системе

Тепловой аккумулятор, узаконенный законодательством ряда стран, продолжает оставаться диковинкой в России. Правда, эксперты отопительной отрасли, реабилитируя местный тренд, констатируют: последние годы популярность буферной емкости заметно подросла.

Как он работает

Теплоаккумулятор подобен электрическому собрату – перехватывает излишки тепла, генерируемые источником, чтобы возвратить калории после остановки источника. Понятно, использовать тепловую буферную емкость рационально с периодически действующими котлами, колонками, другими теплогенерирующими устройствами. Среди таковых:

- большинство твердотопливных котлов, столь любимых россиянами, частью зарубежных обывателей;
- все солнечные коллекторы, стремительно распространяющиеся по югу РФ.

Небольшое пояснение: угольный, древесный котел греет, пока горит, а солнечный бесполезен ночью.

Электрические котлы, аккумуляторы тепла, подчеркивают эксперты, становятся привлекательней на фоне дифференцированных посуточно тарифов энергетиков. Накапливать тепло выгодней ночью при дешевом тарифе. Двукратная разница ценника, например, сулит существенную экономию бюджета – владелец может запрограммировать электрокотел исключительно на ночное электропотребление.

Несколько котлов – один теплоаккумулятор

Подобная схема, объединяющая линейку источников тепла, весьма выгодна. Например, владелец, задумав удешевить теплогенерирующий цикл, применяет твердотопливный котел, работающий ночью, а дневная выработка тепла поддерживается солнечными батареями.

Программируя тандем на минимизацию затрат, можно сэкономить деньги, переключая «автоматом» систему отопления с одного источника на другой. Единственное замечание РЕГЛВЕНТ: выбирая аккумулятор, следует подобрать гаджет, обладающий нужным функционалом.

Эксперты обращают внимание: отечественные производителю, чувствующие сигналы рынка, уже выпускают теплоаккумуляторы под местные климатические особенности, технические нюансы.

«Теплобуферная емкость – твердотопливный котел»

Россияне предпочитают сочетать теплоаккумуляторы с угольными, древесными котлами. Для таких систем выгодный режим – полное энергичное выгорание топлива, дающее максимальную выработку тепла. Медленное горение чревато образованием вредных газов, веществ, засоряющих дымоходы, теплообменники. Экономические показатели медленного горения также ниже.

Понятно, подобный режим приносит максимум тепла за минимум времени – затем котел гаснет, температура дома падает. Конечно, можно подсыпать угля, подложить дровец, а нагнав температуру, отрегулировать комфорт форточкой. Эффективнее все-таки приобрести аккумулятор тепла, утилизирующий избытки калорий.

Модернизированная система отопления выглядит так: имеется котел, тепловой контур системы, проходящий через буферную емкость. На максимальной теплопроизводительности аккумулятор отбирает часть тепла. После выгорания топлива датчики, фиксирующие температуру домашнего воздуха, подают сигнал, включающий циркуляционный насос. Последний инициирует переток горячего теплоносителя из аккумулятора в отопительную систему.

Повысившаяся температура воздуха через датчики останавливает насос, прекращая теплоотдачу аккумулятором. Температура теплоносителя «буфера» несколько снижается. Российские производители применяют высококлассную теплоизоляцию баков аккумуляторов – вода буферных емкостей остывает медленно. Описанный цикл будет реализовываться автоматикой до полного выравнивания температур теплоносителя системы «отопление – теплоаккумулятор».

Новости рынка

Недавно шведские ученые, занимающиеся разработкой эффективных аккумуляторов тепла, совершили прорывное открытие – разработали технологию молекулярной консервации тепла. Основа новинки – вещество, содержащее водород, углерод, азот. Уникальная структура, поглощая фотоны, меняет взаимное положение молекул исходника, запасая энергию. Возникший изомер хранить тепло пару десятков лет.

Вещество – жидкое, хранится при комнатной температуре. Энергия выделяется, когда изомер пропускают через катализатор. Возвращая исходное состояние, изомер разогревается до 80°, если изначальная температура была 20°.

«Зеленое отопление», пояснили шведы, реализуется тандемом «солнечные панели – новое вещество». Основная часть калорий запасается жарким летом, расходоваться тепловыделяющий потенциал будет зимой.

Единственный минус – жидкость реализована, как компьютерная модель. Промышленная установка синтеза вещества – вопрос десяти лет. Пока ученые пытаются довести температуру теплогенерации до 110°, попутно снижая горючесть.

Опередили шведов американцы МТИ, создавшие вещество, напоминающее пластик, и двухсоткратнопревосходящее теплоемкостью воду. Новинка тоже меняет конфигурацию молекулярной решетки, запасая тепло. Назвали аккумулирующее средство AzoPMA, зафиксировав сокращением присутствие азобензола. Возвращение тепла инициируется световым воздействием. Время «консервации калорий» американцы не огласили, ограничившись фразой: «очень долго хранит тепло». Американским «пластиком» можно покрывать крыши коттеджей, шоссейные дороги.

Продолжение

технические характеристики, функции теплового аккумулятора, как подключить тепловой аккумулятор

Не во всех системах отопления нужны тепловые аккумуляторы. В данной статье рассмотрим подробно, где их использование будет рациональным и какие преимущества имеет теплоаккумулятор. 

Содержание:


  1. Технические характеристики
  2. Функции
   2.1 Функции теплового аккумулятора в твердотопливном котле
   2.2 Функции теплового аккумулятора в электрическом котле
   2.3 Функции теплового аккумулятора в многоконтурном отоплении
  3. Как подключить тепловой аккумулятор
  4. Как рассчитать тепловую емкость

Технические характеристики

Аккумуляторный бак для отопления представляет собой емкость с патрубками, которая имеет квадратное или цилиндрическое сечение. Имеет объем 200-3000 литров.

Некоторые характеристики тепловых аккумуляторов:

  • Если вы планируете установить бак в неотапливаемом помещение, то для избегания потерь тепла следует утеплить аккумулятор. Для этого достаточно нанести до 10 см вспененного пенополиуретана. Если у вас есть возможность, то не помешало бы утеплить аккумулятор, который размещен в отапливаемом помещении. Это позволит прибору работать на полную мощность. 
  • Самыми долговечными являются аккумуляторы, изготовленные из нержавейки. Они имеют хорошие характеристики, но и стоимость такого оборудования высока. Не менее популярными являются тепловые аккумуляторы из черной стали. Процесс коррозии замедляется за счет воды, которая становится инертной. 
  • В зависимости от количества контуров и отопительной системы, аккумулятор может иметь от 4 до 20 патрубков. 
  • Если на баке установлены фланцы для устройства трубчатого электронагревателя, то при их большой мощности аккумулятор сможет выполнять функцию полноценного электрического котла. 
  • Бак можно разделить на несколько секций, которые связаны горизонтальными перегородками. Таким образом, будет более выражено расслоение воды по температуре внутри бака.  
  • Внизу бака можно установить в качестве дополнительного источника отопления теплообменник, к которому будет подключаться солнечная батарея. Располагают, теплообменник именно в нижней части для более эффективной теплоотдачи. Он будет работать эффективно даже в темное время суток. 
  • Емкость в аккумуляторе может быть оснащена теплообменником, который способен приготавливать горячую воду для питья. В качестве его может выступать накопительный бак или пластинчатый теплообменник. Затраты на подогрев питьевой воды будут совсем незначительны. 

Функции

Аккумуляторы тепла в первую очередь устанавливают для выполнения основной функции: накопление в запас тепловой энергии. Но во многих случаях, оборудования отлично работают и без аккумуляторов. Так в каких же случаях следует устанавливать тепловой аккумулятор?

Функции теплового аккумулятора в твердотопливном котле

Для твердотопливного котла применение теплового аккумулятора полностью оправдано. Ведь при эффективной работе топливо сгорает с наименьшим количеством остатков, в которые входят кислоты, зола и деготь. А работает котел на полную мощность и с максимальным КПД. Регулировать мощность можно только, ограничив поступление воздуха в топке. Такая система означает, что радиаторы раскаляются на полную мощность, а затем остывают. Естественно такой режим работы приносит к быстрому изнашиванию труб, соединений и температура в помещении становится некомфортной. 

При использовании теплового аккумулятора тепло, которое вырабатывается котлом при полной мощности, будет уходить на подогрев воды в баке. При этом после того как топливо сгорело, вода продолжает циркуляцию между баком и батареями, забирая тепло постепенно.

При установке теплоаккумулятора расход топливо значительно снизится, а система отопления прослужит дольше, и котел будет работать в щадящем режиме. 

Функции теплового аккумулятора в электрическом котле

Есть некоторые преимущества при использовании теплового аккумулятора в электрокотлах. Самым главным является экономия электроэнергии. Ведь отапливать дом с помощью электричества весьма затратно. Такие котлы могут регулировать мощность плавно и нет необходимости их частого обслуживания. Стоимость электроэнергии при двухтарифном счетчик в ночное время может быть разной. Происходит это при разгрузке энергосистемы, а также днем в часы наибольшего потребления. Ночью котел автоматически включается с помощью таймера и нагревает тепловой аккумулятор до температуры равной 90°. А днем энергия, которую накопил теплоаккумулятор, расходуется для отопления дома. 
С помощью регулирования циркуляционного насоса можно дозировать расход теплносителя. Поэтому двухтарифный счетчик и аккумулятор могут сэкономить затраты электроэнергии.

Функции теплового аккумулятора в многоконтурном отоплении

Преимущество накопительного бака заключается в возможности одновременно его применять с аккумуляцией энергии, как гидрострелку. В высоком баке на поверхности располагаются больше 4 патрубков. В некоторых случаях казалось достаточным только 2: для входа и выхода. Но в разных уровнях можно получать воду разной температуры. Следовательно, может быть получена высокая температура в контурах батарей, а также низкая температура для системы «теплый пол». Но обязательно следует использовать насосы, в которых есть схема термоконтроля. Вода может иметь разную температуру в одном уровне при заборе ее в разное время. Патрубки можно использовать не только для контуров в отоплении, но и для подключения разных котлов к тепловому аккумулятору. 

Как подключить тепловой аккумулятор

Рассмотрим более подробно, как выглядит отопительная система с тепловым аккумулятором. 

Система подключения теплоаккумулятора очень похожа с подключением гидрострелки. И единственными отличиями между ними являются объем и теплоизоляция. Устанавливают аккумулятор между обратными и подающими трубопроводами, которые идут от котла.

В нижней части бака подключается обратка, а к верхней части подача. Отопление, которое требует высокой температуры, отбирают воду вверху бака, а отопление с низкой температурой, соответственно внизу емкости. 

Как рассчитать тепловую емкость

Если тепловой аккумулятор имеет объем равный 2 кубометрам и при этом дельта температур равна 20°, то такой бак сможет отдавать 168 мегаватт мощности и это лишь за 1 секунду. За 9 часов сможет отдавать около 5 киловатт. Это условие соблюдается, если в качестве теплоносителя используется вода.

Читайте также:

Буферные накопители тепла | Профбак

Буферная емкость или теплонакопитель представляет собой цилиндрический герметичный бак работающий при избыточном давлении от 2 до 6 бар, покрытый теплоизоляцией. По сути это большой термос, который накапливает и сохраняет поступившее тепло от отопительного прибора, для дальнейшей отдачи его в систему отопления в течении определенного времени.

Принцип работы отопительной системы с твердотопливным котлом и баком накопителем.

Допустим Вам необходимо отопить дом площадью 180-220 кв. м. В летнее время температура (+ 20-23 гр. С. — считается самая комфортная ) в доме и на улице одинакова, т.е, теплопотери равны нулю. С сезонным уменьшение температуры, дом начинает терять тепло. При понижении температуры в среднем на 5 гр. С. потери оставляют около 2 кВт, т.е при +10 гр.С теплопотери составляют 4 кВт, при 0 гр. С. 8 кВт, а при -25-30 гр. С. потери тепла составят в среднем уже 18-20 кВт. И для компенсирования этих потерь тепла нам необходим отопительный котел мощностью 20 кВт, а лучше с запасом до 30 кВт (для холодной зимы в зависимости от региона). Если сравнивать газовый (управлять мощностью которого очень легко, так сказать одной рукой) и твердотопливный котел, то становится очевидным, что управление мощностью последнего сводится к двум режимам. Первое дрова либо горят (максимальная мощность , т.е 20 квт), либо уже сгорели (минимальная мощность 0 кВт). Конечно можно управлять подачей кислорода, закрыв заслонку, и снизив интенсивного сгорания дров, но на эффективность котла это особо не скажется, поэтому допускаем выдаваемую мощность котла около 15 кВт. А теперь вообразим, что зима закончилась и началась ранняя весна с температурой «за бортом» +0 гр. С. Котел выдает на минимуме 15 кВт, теплопотери составляют 8 кВт, и у нас получаются лишние 7 кВт, дом перегревается, мы открываем форточки, сквозняк и т. д. И не топить нельзя, тогда будет холодно. В итоге получается, что дров мы сжигаем на 15 кВт, т.е в два раза больше, чем необходимо. Назревает вопрос — что делать с избыточным теплом?. Так или иначе, но мы имеем ПЕРЕГРЕТЫЕ радиаторы или ПЕРЕГРЕТЫЙ котел со всей системой. Не очень комфортная ситуация. А если мы поставим между котлом и радиаторами буферный накопитель, то вопрос с избытком тепла легко решается, оно просто уходит на нагрев воды или теплоносителя в самой емкости. Более того, при установки в отопительную систему аккумулирующего бака мы получаем еще несколько дополнительных плюсов.

1. Автоматизация контроля безопасности и снижение температурной нагрузке на все отопительную систему, что увеличивает срок ее службы и сводит к минимуму мелкие аварии или протечки системы.

2. Увеличивается КПД самого котла до 85%, что также ведет к увеличению срока службы и более правильной работы отопительного прибора.

3. Возможность работы буферной емкости не только как температурный, но и как гидравлический распределитель («гидрострелка») или коллекторная группа (при дополнительной группе патрубков).

4. При установке на буферный бак нагревательных элементов ( ТЭНов) возможно комбинировать систему нагрева ( например днем твердотопливный котел, ночью – ТЭНы). При двухтарифных счетчиков (день-ночь) такая система наиболее эффективна, т.к позволяет существенно снизить затраты. Также нагрев емкости посредством ТЭНов наиболее комфортен и экономически обоснован в период весной-осенью, или холодным летом.

5. При возможности купить буферную емкость с теплообменником клиент получает возможность разделить контуры отопления, например с возможностью добавления контура с антифризом. Очень удобно, если планируется помимо радиаторного отопления использовать еще «теплый пол».

6. При покупке теплоаккумулятора с несколькими теплообменниками, Вы получаете возможность подключить в единую отопительную систему дополнительные источники тепла, такие как тепловой насос или солнечный коллектор, электрический или другой котел, печь-камин и т.д. и замкнуть управление всей отопительной системе на саму буферную емкость ( конечно при грамотном подборе необходимой автоматики).

К недостаткам аккумулирующих баков накопителей можно отнести его недешевую стоимость, а также ВЕС и ГАБАРИТЫ самой емкости. При проектировании новых систем, это обязательно должно учитываться. А при уже существующем доме нужно отталкиваться от размеров дверных проемов.

Поэтому ТЕПЛОАККУМУЛЯТОРЫ марки «ПРОФБАК» это идеальное решение вопроса при выборе и покупки буферной емкости. При средней стоимости бака, изготовленного из нержавеющей «немагнитной» стали 304 (12Х18Н10-пищевая), Вы получаете очень надежное и долговечное оборудование с минимальным весом и обсуждаемыми габаритами емкости, необходимой комплектацией и подходящими диаметрами, расположением и количеством резьбовых или фланцевых соединений. Например самая популярная модель теплоаккумулятор «Профбак» серии ТА 750 ВС, объем 750 литров имеет вес 99 кг (без воды), диаметр 796 мм и высоту 1500 мм ( без изоляции), что позволяет без особых осложнений внести его через проем от 800 мм и высотой потолка 1800 мм. Объем 750-1000 литров это самый оптимальный объем при выборе буферного бака исходя из мощности котла 20-30 кВт (грубый расчет 30-50 литров на 1 кВт мощности котла). Более точный расчет объема буферной емкости специалисты компании ООО «ПрофТех» готовы произвести бесплатно в минимальные сроки с возможностью выезда при необходимости на объект заказчика.

 

		
	

Искусство накопления тепла

Искусство накопления тепла

В ассортименте продукции ЭВАН приборы под названием Теплонакопители появились в 2011 году. На тот момент мало кто из дистрибьюторов теплового оборудования имел данную продукцию в своем арсенале. За прошедшие годы спрос на теплонакопители существенно увеличился, однако лишь около 40% Партнеров ЭВАН ввели эту продукцию в свой ассортимент. Вместе с тем, использование теплонакопителя в системе отопления имеет такое число плюсов, что сейчас уже редкий проект реализуется без их использования.

Первое знакомство

Теплонакопитель (он же — теплоаккумулятор, он же — аккумуляторный бак, он же — буферный бак) в самом простом исполнении — это теплоизолированная емкость с несколькими патрубками. Принцип работы теплонакопителя основан на использовании высокой теплоёмкости воды. Так, например, 1 литр воды, остыв на 1 градус, может нагреть 1 кубометр воздуха на 4 градуса.

Принципиальная схема подключения теплонакопителя следующая. Теплонакопитель включается в схему между источником тепла (отопительный котел, тепловой насос и т. п.) и системой отопления (радиаторы и т. п.).

Подающий трубопровод от источника тепла подключается к верхнему патрубку, а обратный — к нижнему патрубку теплонакопителя. На обратном трубопроводе устанавливается циркуляционный насос, который отбирает холодную воду из нижней части бака и подает её в отопительный котел. Горячая вода, выходящая из котла, попадает в верхнюю часть бака. Так как горячая вода легче холодной, то интенсивного перемешивания воды в теплонакопителе не происходит, и насос будет отбирать холодную воду до тех пор, пока весь бак не заполнится горячей водой.

Теплоизоляция бака позволяет сохранять воду горячей в течение длительного времени и использовать её в отопительной системе именно в то время, когда это необходимо.

Для передачи тепла от буферного бака к отопительным приборам используется второй циркуляционный контур — подающий трубопровод, подключенный ко второму верхнему патрубку теплонакопителя, и обратный трубопровод системы отопления, подключенный ко второму нижнему патрубку бака. Циркуляционный насос системы отопления подает холодную воду в нижнюю часть бака, вытесняя в подающий трубопровод системы отопления горячую воду из верхней части теплонакопителя. Опять же, ввиду отсутствия интенсивного перемешивания внутри бака, в систему отопления будет подаваться горячая вода до тех пор, пока холодная вода не заполнит весь теплонакопитель.

Конструкция аккумуляторов позволяет устанавливать автоматику, необходимую для регулирования процесса нагрева воды и подачи ее к отопительным приборам.

Вопрос — зачем нужен теплонакопитель — лучше всего иллюстрирует пример термоса. Зачем используется термос? Чтобы один раз нагретый чай использовать тогда, когда греть его снова нет возможности (например, во время прогулки), или, если нагрев требует существенных временных затрат, т. е. нецелесоообразен (например, вода греется на костре). Аналогичные примеры можно привести и для теплонакопителя — при его использовании теплоноситель нагревается тогда, когда это наиболее удобно, а расходуется тогда, когда это необходимо.

Преимущества теплонакопителей крайне широки и зависят от того, какой именно источник тепла используется.

Теплонакопитель и твердотопливный котел

Характерной особенностью дров (угля) является то, что при их сгорании за короткий промежуток времени единовременно выделяется очень большое количество тепловой энергии. При этом горящие дрова, в отличие, например, от электрокотла, нельзя выключить тогда, когда теплоноситель нагрелся до нужной температуры. В результате вся «лишняя» энергия, полученная при полном сгорании закладки дров, по сути, вылетает в трубу. И уже через несколько часов после прогорания дров температура в системе отопления начинает снижаться. Приходится снова закладывать дрова. Таким образом, при использовании твердотопливного котла довольно сложно обеспечить равномерное поддержание требуемой температуры — порой будет слишком жарко, порой, наоборот, прохладно. Подключение теплонакопителя в корне меняет ситуацию — котел осуществляет «зарядку» теплоаккумулятора, и далее отопление дома происходит уже за счет буферного бака, тепло из которого расходуется гораздо более длительное время. При правильно подобранной емкости теплонакопителя количество топок снижается до одного раза в 1‑3 суток. Как результат — повышение КПД котла на 20‑30 %, увеличение срока службы за счет сокращения числа топок, экономия топлива, ну и, конечно, увеличение личного комфорта владельца как с точки зрения поддержания температурного режима в доме, так и с точки зрения сокращения трудозатрат на топку.

Ещё одно преимущество использования теплонакопителя с твердотопливным котлом — это защита от перегрева. Так как нагрев воды в котле на твердом топливе нельзя мгновенно остановить, эта категория котлов более других склонна к перегреву теплоносителя при внезапном прекращении циркуляции воды в системе отопления. Кипение воды в котле ведет к росту давления в системе отопления, последствия которого могут быть самыми плачевными — вплоть до разрушения оборудования. Поэтому твердотопливный котел может быть подключен к закрытой системе отопления только при наличии устройства, защищающего систему от роста температуры воды свыше 100°С. С этой ролью отлично справляется буферный бак, который в случае превышения заданной температуры забирает избыток тепла из котла. Конечно, использование теплонакопителя не освобождает от обязательной установки предохранительных клапанов и расширительных баков — обязательных элементов закрытой отопительной системы.

Преимущества использования теплонакопителя в системе отопления с твердотопливным котлом Warmos-TT или Warmos –TK.

  • • Рост КПД котла до 83–88%
  • • Экономия расхода топлива на 30%
  • • Увеличение срока службы котла до 20-25 лет
  • • Дополнительная безопас- ность - защита от перегрева
  • • Поддержание требуемого температурного режима
  • • Увеличение эксплуатационного комфорта

Пример монтажа теплонакопителя с твердотопливным котлом

Теплонакопитель и электроотопительный котел

Казалось бы, современный электроотопительный котел обладает достаточной степенью автоматизации, чтобы обеспечить тот температурный режим и в то время, когда это необходимо. Тем не менее, использование теплонакопителя в системе отопления с электокотлом тоже имеет преимущество. И связано оно с использованием различных по времени суток тарифов на электроэнергию. Нагрев теплоносителя в буферном баке ночью по сниженному тарифу позволяет минимизировать потребление электроэнергии в дневное время за счет аккумулированного тепла. В результате существенно снижаются затраты на отопление, что в системах отопления с электроприборами играет немаловажную роль.

Теплонакопитель и солнечный коллектор

Обоснованность использования теплонакопителя в системе солнечных коллекторов очевидна — в пик поступления солнечной энергии при помощи буферного бака происходит максимальное накопление тепловой энергии, разбор которой происходит потом, во время недостаточного солнечного излучения.

Пример монтажа теплонакопителя с солнечными панелями

Теплонакопитель при использовании нескольких источников тепла

К применению в современных системах нескольких источников тепла принуждает различная стоимость единицы тепловой энергии, полученной от каждого из них.

Тепло, полученное от солнца, имеет минимальную стоимость, но оно есть не всегда, и пики его поступления, как правило, не совпадают с пиками потребления. Тепло, полученное от теплового насоса, обходится несколько дороже солнечного, и его можно получить всегда, но, чтобы покрыть за счёт него всю тепловую мощность потребителя, необходимы существенные капитальные затраты, поэтому мощность теплового насоса обычно ниже потребляемой мощности системы. Тепло, полученное от газового, электрического или твердотопливного котла — самое дорогое, поэтому его используют для догрева при недостаточной мощности первых двух источников.

Тепловой аккумулятор позволяет накопить тепловую энергию от нескольких источников и использовать её одним или несколькими потребителями. Низкотемпературные источники, такие как тепловой насос и солнечный коллектор, присоединяют к нижней части бака, а высокотемпературные, такие как твердотопливный, газовый или электрический котёл — к верхней.

Пример монтажа теплонакопителя с солнечными панелями и тепловым насосом

Горячая вода — бонусом

Помимо своей основной функции — накопления тепловой энергии — буферные баки могут быть использованы для приготовления хозяйственной горячей воды. Для этих целей теплонакопитель оснащается либо специальным баком для ГВС (в ассортименте ЭВАН это модели BUZ и HIBRIDI), либо змеевиком ГВС (модели OVALI и GTV). При сопоставимой стоимости теплонакопитель способен полностью заменить бойлер ГВС.

Подробнее о полном ассортименте теплонакопителей ЭВАН читайте в статье «Теплонакопители от А до Я».

В следующих выпусках ЭВАН-news мы познакомим вас с особенностями установки теплоаккумуляторов, а также с более подробными схемами подключения теплонакопителей в различных системах отопления.

Теплонакопители от А до Я

Несмотря на кажущуюся простоту конструкции, рынок предлагает широкую гамму разнообразных аккумуляторных баков. В 2013 году продуктовая линейка ЭВАН расширила свой состав теплонакопителей до 5 серий приборов, каждая из которых имеет свои конструктивные особенности.

ТЕПЛОНАКОПИТЕЛЬ BU
  • • Объем 100‑1000 литров
  • • Высокоэффективная съемная теплоизоляция, обеспечивающая удобство транспортировки и монтажа
  • • Максимальная температура нагрева — 95°С
  • • Гарантия на внутренний бак — 36 месяцев

Прибор серии BU является представителем классического теплоаккумулятора, который представляет собой буферный бак с четырьмя патрубками, имеющий съемную теплоизоляцию из пенополистирола. Функционально приборы данной серии предназначены для аккумулирования тепла от источника для последующей передачи его в отопительную систему.

ТЕПЛОНАКОПИТЕЛЬ BUZ
  • • Объем 750‑1000 литров
  • • Встроенный бак для ГВС
  • • Модели со змеевиком в теплонакопительном баке для использования двух источников тепла
  • • Модели со змеевиками в теплонакопительном баке и баке ГВС для использования трех источников тепла
  • • Высокоэффективная съемная теплоизоляция, обеспечивающая удобство транспортировки и монтажа
  • • Максимальная температура нагрева в теплонакопительном ба- ке — 95°С, в змеевике — 110°С
  • • Гарантия на внутренний бак — 36 месяцев

Более сложное и многофункциональное решение имеют теплонакопители серии BUZ. Они совмещают в себе функции аккумулирования тепла и приготовления горячей воды. Для реализации функций ГВС внутри основного бака теплонакопителя расположен 200-литровый бак.

В рамках серии реализовано три типа комплектации:

  • • BUZ / 90 – без змеевика.
  • • BUZ / 91 – дополнительно оснащен змеевиком, расположенным в нижней части основного бака теплонакопителя, что позволяет использовать два источника тепла. Например, тепловой насос как основной источник и твердотопливный котел для догрева в периоды недостаточности мощности теплового насоса.
  • • BUZ / 92 – имеет два змеевика, один – аналогично модели BUZ / 91, второй расположен в баке ГВС и служит для дополнительного подогрева горячей воды от третьего источника тепла. Наиболее эффективна данная модель при подключении к баку ГВС солнечных панелей.
ТЕПЛОНАКОПИТЕЛЬ HIBRIDI
  • • Два типоразмера — 500 и 700 литров
  • • Разработан специально для подключения и совместной работы с низкотемпературными системами (тепловыми насосами и солнечными панелями)
  • • Оснащен встроенным баком для ГВС из ферритовой нержавеющей кислотостойкой стали
  • • В качестве дополнительного оснащения поставляется пакет ТЭНов с автоматикой контроля
  • • Готовые штуцеры для подключения змеевика энергии солнца
  • • Гарантия — 24 месяца

Ещё одна серия теплонакопителей, в которых функция приготовления горячей воды реализована по принципу «бак в баке» — это серия HIBRIDI.

ТЕПЛОНАКОПИТЕЛЬ OVALI
  • • Объем 1000—2400 литров
  • • Оснащен двумя змеевиками ГВС
  • • Модели OVALI EP поставляются в обшивке и изоляции, OVALI — без изоляции
  • • Готовые штуцеры для подключения змеевика энергии солнца
  • • Гарантия — 24 месяца

В серии OVALI функция ГВС реализована иначе. Теплонакопители оснащены змеевиками так называемой «обратной» зарядки. Холодная хозяйственная вода, проходя по змеевику, нагревается за счет температуры теплоносителя в баке аккумулятора. Т.е. в данном случае змеевик теплонакопителя работает как проточный водонагреватель. Теплонакопители серии OVALI оснащены двумя змеевиками ГВС из гребенчатой меди, в стандартной комплектации каждый из которых имеет производительность 20 литров в минуту. Дополнительная опция — змеевик солнца — может быть куплен отдельно и установлен по желанию клиента, в том числе и позже.

Дополнительный резерв – комплектация электроТЭНами. В конструкции теплонакопителей предусмотрено до 6 штуцеров для установки различных вариантов ТЭНов мощностью 3; 4,5; 6; 7,5; 9 кВт. Причем штуцеры разнесены – в нижней части расположены штуцеры для подключения ТЭНов ночной зарядки, которые нагревают весь объем теплонакопителя, в верхней части — штуцеры ТЭНов дневной зарядки для нагрева воды верхней части бака.

Конструктивная особенность серии состоит в том, что любой из теплонакопителей OVALI имеет глубину всего 78 см, т.е. способен пройти в любой стандартный дверной проем. А это значит, что данные теплонакопители могут быть установлены на объекты, уже введенные в эксплуатацию. Такое конструктивное решение делает теплоаккумуляторы OVALI незаменимыми при модернизации и реконструкции систем отопления действующих объектов.

Как известно, чем больше объем бака, тем больше теплопотери и тем значимее становится качество теплоизоляции. Теплонакопители OVALI имеют высокачественную полиуретановую изоляцию, позволяющую максимально эффективно аккумулировать тепло.

ТЕПЛОНАКОПИТЕЛЬ GTV
  • • Объем 270—3000 литров
  • • Небольшой размер
  • • Возможность установки в узких и труднодоступных местах
  • • Возможность подключения нескольких теплонакопителей
  • • Горизонтальный монтаж 270‑литрового теплонакопителя
  • • Оснащен змеевиками ГВС различной мощности
  • • В новой серии GTV — штуцеры для подключения змеевика энергии Солнца
  • • Гарантия — 24 месяца

Эта серия теплонакопителей имеет самый широкий емкостный диапазон – от 270 до 3000 литров — способный удовлетворить потребность любой отопительной системы.

Так же, как и предыдущая серия, теплонакопители GTV оснащены высококачественной полиуритановой теплоизоляцией, штуцерами для подключения электроТЭНов различной мощности, штуцерами для подключения змеевика солнца.

В плане приготовления горячей воды в серии GTV присутствуют как модели без змеевиков (т.е. без функции ГВС), так и с медными гребенчатыми змеевиками различной производительности – от 35 до 100 литров в минуту. Такая высокая производительность превращает теплонакопитель в мощный проточный водонагреватель.

Известно, что основным минусом использования теплонакопителей являются их большие размеры, что зачастую становится камнем преткновения, особенно на небольших частных объектах. Модель GTV 270 уникальна тем, что имеет возможность горизонтального монтажа к потолку котельного помещения.

Накопитель тепла - обзор

Накопитель тепловой энергии для систем CSP

Накопитель тепловой энергии передает тепло носителю хранения во время периода зарядки и высвобождает его на более позднем этапе на этапе разрядки. Его можно успешно применять на солнечных тепловых электростанциях или в промышленных процессах, таких как металлургические преобразования. CSP уникален среди технологий возобновляемых источников энергии, поскольку, несмотря на то, что он является переменным, как солнечные фотоэлектрические и ветровые, его можно легко сочетать с TES, а также с традиционными видами топлива, что делает его очень управляемым.Системы CSP без TES обычно ограничены коэффициентом мощности около 25% из-за суточного солнечного цикла и погоды (Purohit et al., 2016). Коэффициенты мощности для заводов CSP варьируются от 25% до 75%, в зависимости от конструкции и внедрения TES. Нижний предел диапазона коэффициента мощности относится к системам без аккумулирования тепла, а верхний предел - для систем с аккумулированием тепла до 15 часов (ESTELA, 2012). Использование как скрытого, так и явного тепла также возможно при высокой температуре солнечного тепла.Системы CSP могут хранить первичную энергию в теплонакопительных средах, таких как бетон, расплавленная соль, материалы с фазовым переходом или керамические материалы, в зависимости от технологии приемника, и производить электричество, питая блок питания накопленным теплом в течение ночи. Это позволяет системам CSP сохранять энергию в хранилище до тех пор, пока она не понадобится электросети, тем самым обеспечивая источник энергии по запросу, который не ограничен мгновенным солнечным или ветровым ресурсом.

В обеих технологиях CSP - параболическом желобе и силовой башне - когда тепловая энергия в расплаве соли или HTF готова к использованию, она направляется в теплообменник.Там его тепло извлекается и используется для кипячения воды, чтобы сделать пар для работы паровой турбины в силовом блоке, как на более ранних электростанциях, которые используют топливо, такое как природный газ, уголь или атомную электростанцию. Как и старые тепловые электростанции, CSP вырабатывает электроэнергию, вращая гигантское оборудование. После извлечения тепла теперь «более прохладный» расплав соли хранится во втором резервуаре, готовый к отправке в башню для повторного нагрева солнечным светом, отраженным на приемник (рис. 8). Точно так же в PTC HTF после того, как его тепло было извлечено, отправляется обратно в солнечное поле, чтобы получить следующий цикл тепла и вернуть его в силовой блок для повторного использования.

Рис. 8. Принципиальная схема накопителя тепловой энергии с системой CRS.

Источник: адаптировано из http://cleanleap.com/3-thermal-storage/how-thermal-storage-works.

Системы TES на расплавленных солях в настоящее время являются самыми современными в качестве носителей явного теплового накопления тепловой энергии (SHTES). Расплавленные соли (то есть нитраты калия, кальция, натрия, лития и т. Д.) Обладают свойством поглощать и накапливать тепловую энергию, выделяемую в воду, для передачи энергии, когда это необходимо для работы.В конце 2011 года 62% установленных систем CSP в Испании использовали накопители энергии на расплаве солей (Lovegrove et al., 2012). Расплавленная соль течет, как жидкая вода, с тем преимуществом, что она остается жидкостью при температуре до нескольких сотен градусов по Цельсию. Расплав карбонатной соли можно использовать при температурах до 850 ° C, хотя коммерческий расплав нитратной соли ограничен температурами ниже 600 ° C. Текущие заводы CSP, такие как Andasol 1 в Испании, используют расплав нитратной соли с 60% нитрата натрия (NaNO3) и 40% нитрата калия (KNO3).Нитратная смесь обладает отличной теплоемкостью и вязкостью, но ее температура должна быть выше точки замерзания примерно 220 ° C. Более того, даже при типичной цене соли в 1 доллар США / кг количество, необходимое для большой солнечной электростанции, делает ее дорогостоящим компонентом. Одним из способов снижения потребности в расплаве соли является использование более дешевых наполнителей, таких как камни и песок (Zhang et al., 2016). Эти материалы образуют наполнитель, через который протекает расплав соли, и они недороги и широко доступны по сравнению с расплавом соли.

В коммерческой конструкции TES с расплавленной солью, используемой в Andasol 1, используется система из двух резервуаров, в которой масло HTF нагревает соль, перекачиваемую из холодного резервуара, и хранит горячую соль в горячем резервуаре до тех пор, пока она не понадобится. Это известно как косвенная система, потому что HTF сама по себе не накапливается, а скорее обменивается теплом с отдельным теплоносителем. Одним из усовершенствований по сравнению с этой конструкцией является прямая система с двумя резервуарами, в которой используется расплав соли как в качестве HTF, так и в качестве жидкости для хранения (рис. 9A). Преимущество этой концепции по сравнению с системами TES с двумя резервуарами непрямого действия заключается в отсутствии дорогостоящего теплообменника масло-расплавленная соль, большей эффективности и гибкости в отправке системы TES, а также более высоких рабочих температур, достигаемых с расплавом соли по сравнению с к HTF на масляной основе.Анализ показывает, что желобные установки, работающие таким образом, могут производить электроэнергию с меньшими затратами на 14-40% по сравнению с существующими конструкциями нефти и HTF (Turchi et al., 2010), если они могут избежать коррозии и проблем с риском замерзания, связанных с использованием расплавленной соли. HTF. Эта конструкция используется в термосолнечной установке Gemasolar, разработанной Torresol Energy в Севилье, Испания.

Рис. 9. Упрощенные схемы двухбаковых систем прямого и термоклинного ТЭС (Cocco, Serra, 2015).

Источник: Cocco, D., and Serra, F. (2015).Сравнение производительности двух резервуарных систем прямого и термоклинного накопления тепловой энергии для концентрирующих солнечных электростанций класса 1 МВт. Энергия 81 , 526–536.

Дальнейшее снижение затрат предлагает хранение на термоклине с одним резервуаром (рис. 9B). В системе хранения термоклина используется один резервуар, который лишь ненамного больше одного из резервуаров в системе хранения тепла с двумя резервуарами. Когда горячая и холодная жидкость находится в одном резервуаре, система хранения термоклина опирается на тепловую плавучесть для поддержания теплового расслоения.Недорогой наполнитель, который используется для упаковки единственного резервуара-накопителя, действует как первичный накопитель тепла. За счет замены расплавленной соли недорогим заполняющим материалом и исключения одного резервуара для хранения и связанных с ним затрат на насос, клапаны и трубопроводы, система термоклина потенциально может быть на 20-40% дешевле, чем система хранения с двумя резервуарами (EPRI, 2010).

Преимущества TES многочисленны, а именно. увеличение коэффициента мощности за счет увеличения количества часов работы, гибкости сети и гибкости конфигурации.Система TES часто состоит из трех компонентов: носителя информации, HTF и системы локализации. Высокая эффективность и стабильность, низкая стоимость и низкое воздействие на окружающую среду являются ключевыми факторами при разработке и применении TES. Кроме того, методы системы TES можно классифицировать как: накопление явного тепла, накопление скрытой теплоты и термохимическое накопление. В настоящее время системы TES от 7,5 часов (т.е. проект Andasol I, II и III CSP на базе PTC мощностью 50 МВт в Испании) до 15 часов (проект Gemasolar CSP на базе CRS 19.9 МВт в Испании). Системы TES могут оказать заметное влияние на экономическую жизнеспособность проектов CSP, если будет принят механизм переходных тарифов (т. Е. Более высоких тарифов на мощность ВИЭ во время пикового спроса, которые могут быть обеспечены за счет проектов CSP с использованием систем TES).

Новинки в области аккумулирования тепловой энергии

По мере того как возобновляемые источники энергии все больше укрепляются в энергетической системе, важность хранения энергии в натуральном выражении будет возрастать. В связи с продолжающимся постепенным отходом от традиционных источников энергии базовой нагрузки разработка эффективных систем хранения энергии является обязательной.

Нравится вам это или нет, но структура энергетики США меняется. По данным Управления энергетической информации, производство ископаемого топлива в США упало на 7% с 2015 по 2016 год. В частности, уголь снизился на 18%, находясь на самом низком уровне с 1978 года. Даже природный газ, объем производства которого в последние годы резко увеличился. до сланцевого бума, упала на 2% с 2015 по 2016 год.

Производство возобновляемой энергии, с другой стороны, увеличилось за этот период на 7%, причем почти четверть этого скачка приходится на ветер и солнце.

Проблема с этим сдвигом, конечно, заключается в потере выработки энергии при базовой нагрузке. Нации нужно электричество 24 часа в сутки, а не только когда светит солнце и дует ветер. К счастью, ответ на эту проблему известен. Возобновляемые источники энергии должны сочетаться с некоторыми формами хранения энергии, такими как батареи, гидроаккумуляторы или накопители тепловой энергии (TES, рисунок 1).

1. Времена меняются. Как U.Энергетический баланс S. отличается от традиционных форм генерации базовой нагрузки, хранение тепловой энергии дает возможность возобновляемым источникам энергии заполнить образовавшуюся пустоту. Предоставлено: SolarReserve

На первый взгляд, идея TES довольно проста. Энергия сохраняется в виде тепла в той или иной форме для использования в будущем. Однако, если углубиться в варианты и приложения для TES, можно увидеть гораздо более сложную картину.

Накопитель тепловой энергии 101

Существует три основных типа систем TES, только один из которых имеет значительную коммерческую доступность в энергетическом секторе.По сравнению с другими вариантами, накопление явного тепла относительно недорогое и намного менее сложное. Скрытые системы хранения энергии и термохимические системы хранения являются дорогостоящими и пока еще в значительной степени экспериментальными.

Явное аккумулирование тепла. Наиболее широко используемая форма TES в секторе производства энергии - это физическое накопление тепла. В системе TES явного тепла жидкий или твердый накопитель, такой как вода, расплавленные соли, песок или камни, нагревается или охлаждается для накопления энергии.

Явное аккумулирование тепла широко используется в приложениях для концентрированной солнечной энергии (CSP), где использование TES позволяет проекту производить электроэнергию достаточно долго после захода солнца (см. «Проект солнечной энергии Crescent Dunes, Тонопа, Невада» в POWER's Выпуск декабрь 2016 г.). Обычно предпочтительной средой для установок CSP с TES являются расплавленные соли, которые могут выдерживать чрезвычайно высокие температуры.

Существует множество различных систем CSP, каждая из которых предъявляет уникальные требования к хранению энергии.В то время как прямая система TES с использованием расплавленных солей является жизнеспособной для системы опорной башни, подобной той, что используется в проекте Crescent Dunes (рис. 2), для проекта параболического желоба, вероятно, потребуется немного другая система TES. По данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), почти все новые действующие или строящиеся станции CSP оснащены системой TES.

2. Явное аккумулирование тепла в действии. В проекте Crescent Dunes компании SolarReserve в Неваде используется физический накопитель тепла для хранения до 10 часов энергии.Расплав соли, используемый в процессе хранения, хранится в двух больших резервуарах в центре солнечного поля. Предоставлено: SolarReserve

Скрытое аккумулирование тепла. Скрытое аккумулирование тепла не так широко используется в секторе производства энергии, но недавние разработки показали многообещающие результаты в некоторых областях применения. Скрытая аккумуляция тепла зависит от состояния среды хранения, например, от твердого до жидкого. Скрытые теплоносители часто называют материалами с фазовым переходом (PCM).

В то время как явное тепло является наименее дорогим вариантом TES, PCM предлагают преимущества, к которым стоит стремиться, если можно снизить затраты. Например, для хранения явного тепла требуются очень большие объемы носителя из-за низкой плотности энергии. PCM предлагают плотность энергии примерно в три раза больше.

Термохимический склад. Как следует из названия, термохимический накопитель (TCS) использует химические реакции для хранения энергии. Системы TCS предлагают даже большую плотность энергии, чем PCM.

Практически все, что связано с TCS, стоит дорого. Например, IRENA указывает в кратком техническом описании, что стоимость оборудования термохимического реактора намного выше, чем стоимость материала для хранения, что не означает, что стоимость материала незначительна.

Применения в концентрированной солнечной энергии

CSP пришлось нелегко, поскольку его родственная технология, фотоэлектрическая (PV) солнечная энергия, переживала несколько хороших лет роста. По данным Ассоциации предприятий солнечной энергетики, рынок фотоэлектрических систем с 2015 по 2016 год вырос на 97%, поскольку цены на фотоэлектрические панели упали почти на 20%.CSP, с другой стороны, не смог угнаться за снижением стоимости PV.

Чтобы оставаться конкурентоспособными с PV, CSP должен предложить что-то уникальное, и это было сделано в форме TES. «Хранение тепла необходимо для развития любой из этих технологий CSP», - сказал Ануп Матур, технический директор и основатель Terrafore Technologies, POWER .

Использование TES в CSP позволяет технологии когда-нибудь удерживать больший процент энергобаланса, поскольку фотоэлектрическая энергия и ветер в настоящее время не подходят для использования в качестве источников генерации базовой нагрузки.С TES завод CSP может работать 24 часа в сутки, что компания SolarReserve доказала своим проектом Crescent Dunes в Неваде.

Проект Crescent Dunes - это электростанция мощностью 110 МВт, расположенная в трех часах езды от Лас-Вегаса. Станция может похвастаться накопителем энергии на 1100 МВтч, который может обеспечить 10 часов электроэнергии при полной нагрузке. В пиковую нагрузку электростанция обеспечивает электроэнергией 75 000 домов.

Энергетическая башня из расплавленной соли проекта расположена в центре массивного поля зеркал или гелиостатов, направляющих свет на вершину башни (рис. 3).Как сообщил POWER генеральный директор SolarReserve Кевин Смит, зеркала нагревают накопитель энергии напрямую, что делает процесс более эффективным, чем другие системы, которые «подключаются» к накопителю энергии. «Я думаю, что в мире солнечного тепла считают, что конфигурация башни с расплавленной солью является наиболее эффективным и рентабельным накопителем тепла для крупных предприятий». Собранное тепло используется для генерации пара, который, в свою очередь, приводит в действие турбогенератор.

3.Поле зеркал . Солнечный приемник Crescent Dunes расположен в центре массивного поля гелиостатов. Расплавленная соль нагнетается в башню, где направленное тепло повышает ее температуру примерно до 1050 ° C. Предоставлено: SolarReserve

Процесс SolarReserve закачивает расплавленную соль на верхнюю часть башни, где она нагревается, полностью используя уникальные свойства солей. Расплавленные соли, используемые SolarReserve, остаются твердыми до тех пор, пока они не нагреются до температуры около 450F, но когда они переходят в жидкую форму, они остаются в этом состоянии при температурах до 1050F.«Холодные» соли SolarReserve сохраняются при температуре от 500 ° F до 550 ° F, что означает, что система TES компании имеет рабочий диапазон около 500 градусов.

Напротив, параболический желоб CSP выделяет тепло промежуточной жидкости, которая, в свою очередь, нагревает расплавленную соль. «Сложность этой технологии заключается в том, что [жидкость], которая используется для теплопередачи ... имеет максимальную температуру, может быть, 700F или 750F. Таким образом, они работают в диапазоне от 550 ° F до 700 ° F, или 750 ° F, что составляет всего лишь около 200 градусов дельты, тогда как мы можем перенести 500 градусов дельты в наши расплавленные соли.По сути, это означает, что мы вкладываем больше энергии в каждый фунт расплавленной соли », - сказал Смит. «Это в два или три раза больше энергии, чем хранится в солях».

Благодаря 10-часовому хранению, проект Crescent Dune может производить электричество 24 часа в сутки, хотя обычно он работает только 12–14 часов в сутки. Как правило, электростанция вырабатывает электроэнергию для NV Energy примерно с 10:00 до 22:00. (Рисунок 4) просто потому, что для большего этого он не нужен.

4.Освещая ночь. Используя разумные аккумуляторы тепла, проект Crescent Dunes может производить энергию еще долгое время после захода солнца, помогая питать огни Лас-Вегаса . Предоставлено: SolarReserve

«На некоторых рынках, например, в Чили или других странах, они действительно хотят, чтобы такой проект выполнялся 24 часа в сутки. У США довольно разнообразное сочетание сил; Есть еще немало проектов по сжиганию угля и много ядерных, и эти объекты должны работать 24 часа в сутки », - отметил Смит.

Однако, поскольку структура энергопотребления страны продолжает меняться, SolarReserve прогнозирует, что Crescent Dunes могут работать в течение более длительного периода. «В долгосрочной перспективе большая часть [угля и ядерной энергии] будет выведена из эксплуатации, и, поскольку рынки США изменятся в долгосрочной перспективе, мы можем увидеть, что мы могли бы работать больше 24 часов в сутки. Но на данный момент это скорее периоды пикового спроса: 8, 10, 12, 14 часов в день генерации и, как правило, ближе к вечеру », - сказал Смит.

Последствия для будущего

Хотя в настоящее время в области TES доминирует явная теплопередача, в области PCM и TCS ведется много исследований и разработок.Один из таких проектов, инкапсулированный PCM, разработанный Terrafore Technologies, получил значительную поддержку со стороны Министерства энергетики и, возможно, находится на грани коммерциализации.

Как уже отмечалось, PCM обладают преимуществом перед физическими накопителями тепла из-за их повышенной плотности энергии. Матур сказал, что лучший способ воспользоваться преимуществами PCM - это их инкапсулировать. Однако сделать это - непростая задача.

«Большая проблема инкапсуляции заключается в том, как инкапсулировать твердое тело, которое расширяется почти на 20%?» он сказал.«Это означает, что у вас должна быть капсула, подумайте о шаре, частично заполненном солью, как вы это сделаете? Вы не можете открыть его, заполнить часть и запечатать, потому что запечатывание становится проблемой ».

Ответ, согласно Матуру, - полимеры. «Я думал об этом, мечтал об этом, поэтому я сказал, почему мы не можем положить какой-то полимер поверх моей капсулы, на соль? Затем положите материал оболочки, затем нагрейте его, и тогда полимер исчезнет, ​​оставив после себя пустоту », - объяснил он. «Так что это дает ему объем расширения.Это химический способ создания пустоты внутри оболочки ».

Система

Terrafore является улучшенной по сравнению с традиционной системой явного тепла, поскольку требует меньше материала для выполнения той же работы. Если для системы расплавленной соли, используемой в Crescent Dunes, требуется два больших резервуара, один для «холодной соли» и один для нагретой соли, то для системы Terrafore требуется только один резервуар и меньше материала.

Внутри резервуара складываются три разные соли. Вверху находятся соли с самой высокой точкой плавления, а внизу - соли с самой низкой точкой плавления, а в середине - слой солей со средней точкой плавления.В системе используется теплоноситель, который течет из солнечного ресивера в верхнюю часть резервуара, где затем протекает через сложенный слой капсул, нагревая их, в свою очередь, по мере того, как жидкость медленно остывает. Достигнув дна резервуара, теплоноситель перекачивается обратно в солнечный приемник.

Этот цикл продолжается до тех пор, пока не потребуется накопленная энергия, после чего жидкий теплоноситель перекачивается из резервуара в силовой блок, где вырабатывается пар для привода турбины.

В поисках подходящего совпадения

Матур не видит, что его процесс PCM будет принят в крупномасштабных проектах CSP, таких как Crescent Dunes, в ближайшем будущем, но он надеется, что в какой-то момент он сможет проникнуть в этот сектор. На данный момент он считает, что лучшее место для выхода его технологии на рынок - это распределенный CSP.

Матур полагает, что, работая в шведской компании, он, возможно, нашел подходящую пару. «Они разработали тарельчатую систему Стирлинга, которая может работать при температуре около 800–900 ° C, но работает точно так же, как фотоэлектрическая система - когда солнце светит, она вырабатывает электричество.Таким образом, они не могут быть конкурентоспособными с фотоэлектрическими батареями, потому что стоимость фотоэлектрических систем настолько низка. Теперь, если они смогут использовать хранилище, они станут конкурентоспособными с точки зрения диспетчеризации », - сказал он.

В настоящее время SolarReserve довольна разработанной ею технологией. В настоящее время компания разрабатывает несколько проектов по всему миру, и все они основаны на той же технологии, что и в Crescent Dunes. «Основная технология, которая представляет собой нашу приемную технологию, на самом деле не требует значительных изменений, когда мы перемещаемся с места на место», - пояснил Смит.

Однако это не означает, что руководство компании непредвзято. «Мы внимательно следим за другими вариантами хранения тепла и другими материалами, которые мы можем использовать, - сказал Смит, - но сейчас мы действительно не видим ничего, что можно было бы сделать в ближайшем будущем на горизонте. в коммерческом масштабе ». ■

- Эбби Л. Харви - репортер POWER.

Каким образом достигается масштабирование аккумуляторов тепловой энергии?

Жизненно важная технология для обеспечения глубокого сокращения выбросов парниковых газов существует и хорошо работает, но до сих пор не получила широкого распространения.

Накопители тепловой энергии преуспели в этой области на протяжении десятилетий. Как показали такие компании, как Calmac и Ice Energy, предварительное охлаждение изолированной емкости с жидкостью может сократить расходы на электроэнергию и снизить пиковую нагрузку. В экспериментальном жилом комплексе в Канаде используются подземные накопители тепловой энергии, работающие от солнечной энергии летом, для удовлетворения потребностей в отоплении в течение холодных зим Альберты.

Такие продукты решают проблему декарбонизации, с которой невозможно справиться одной только чистой электросетью.Здания потребляют 70 процентов электроэнергии, производимой в США, и выбрасывают 40 процентов выбросов углерода в стране. Любая целостная попытка решения проблемы изменения климата должна противодействовать использованию энергии в строительном секторе.

Профессор Стэнфорда Марк Джейкобсон, например, использует подземные хранилища тепла в качестве основы своей дорожной карты для декарбонизации всей энергосистемы США, поскольку это снижает общий спрос на электроэнергию и потребление газа для отопления. Когда этим летом группа ученых раскритиковала это исследование, они особо отметили, что полагаются на этот редко применяемый инструмент.Как можно спасти мир, утверждается в этом аргументе, с помощью технологии, реальное использование которой ограничено малоизвестным пилотным проектом в Альберте?

Аккумуляторный накопитель энергии сталкивается с препятствиями, связанными с его технологической новизной. Трудно убедить финансистов поддержать химический состав батарей, который не имеет большого времени работы и продается стартапом с ограниченным балансом. Несмотря на это, сектор находится на подъеме - GTM Research прогнозирует 22-кратное увеличение количества развернутых мегаватт-часов в США с 2016 по 2022 год.

Между тем, в отношении хранения тепловой энергии вопросы технологичности в значительной степени решены, но сегмент не поцарапал поверхность его потенциального воздействия. В самом деле, этот потенциал вряд ли можно увидеть за пределами горстки компаний, которые сделали ставку на него и сформулировали свое видение с почти мессианским рвением.

«Я ожидаю, что тепловые будут больше, чем батареи, - сказал генеральный директор Ice Energy Майк Хопкинс, - потому что тепловые нагрузки - это большие нагрузки. Они представляют собой проблемные нагрузки; они не поддаются использованию аккумуляторов электроэнергии."

О росте популярности аккумуляторов написано много. Меньше внимания уделяется контингенту аккумуляторов тепла, но у них есть свои стратегии роста. Их успех может не только помочь коммунальным предприятиям в их стремлении преодолеть изгибы утки и неуклонно ползучие пики, но и сыграть центральную роль в сокращении выбросов углерода зданиями по всему миру.

Технология

Основная идея аккумулирования тепла - преобразование излишков электроэнергии в тепло или холод, которые можно использовать позже.

Этот процесс приобретает значение в масштабах всей сети в свете роста пикового спроса, который коммунальные предприятия по всей стране связывают с одновременным использованием их клиентами вечернего кондиционирования воздуха.

Батарейные хранилища могут удовлетворить этот спрос, но они несут потери из-за неэффективности в обоих направлениях; это выбрасывание энергии. Материалы для хранения энергии термически дешевле, чем литий-ионные, и теоретически служат дольше. Основная технология - вода в пластиковом резервуаре.

Кроме того, если вы заморозите ледяную глыбу ночью, когда и температура окружающей среды, и стоимость электричества падают, это потребует меньше энергии и денег, чем в середине солнечного жаркого дня.

«Идея о том, что вы будете хранить энергию в виде батарей для кондиционеров, - действительно плохая идея», - сказал Хопкинс. «Что вы действительно хотите сделать, так это заставить эти тепловые нагрузки работать более эффективно. Сделайте охлаждение, когда это хорошее время для охлаждения».

Ice Energy интегрирует свои технологии в системы кондиционирования воздуха, чтобы использовать нежелательную солнечную энергию в полдень или дешевую ночную электроэнергию для предварительного охлаждения дома перед вечерним пиком. Когда электроснабжение стоит дороже или коммунальное предприятие изо всех сил пытается удовлетворить спрос, Ice Bear использует этот кусок льда, чтобы охладить здание, вместо того, чтобы потреблять электричество.

В то время как Ice Energy обслуживает коммерческий и жилой рынки, в основном в Калифорнии, Calmac применяет аналогичную технологию для огромных небоскребов и университетских городков. С 1980-х годов компания из Нью-Джерси обслужила более 4000 клиентов в 60 странах.

IceBank Calmac в действии: это группа резервуаров для хранения холодной жидкости. (Изображение предоставлено Calmac)

Axiom Exergy применяет эту концепцию к продуктовым магазинам, сокращая счета за коммунальные услуги за поддержание прохлады продуктов и создавая в течение нескольких часов резервное охлаждение на случай коротких отключений.

Горячие аккумуляторы тепла работают так же, как и холодные: используйте избыточную мощность, чтобы нагреть жидкость, а затем направьте ее в изолированный резервуар для хранения, пока она не понадобится для обогрева здания.

Сообщество Drake Landing Solar Community в Альберте, Канада, использует подземное централизованное теплоснабжение для хранения солнечной энергии в летнее время. В зимний сезон 2015-2016 гг. Община обеспечивала все потребности в отоплении за счет накопленной тепловой энергии; Таким образом, она обеспечивала более 90 процентов потребностей в отоплении каждую из последних пяти зим.

В более редких случаях технология позволяет преобразовывать накопленную тепловую энергию обратно в электричество. Это то, что лаборатория Google X пытается сделать с проектом, получившим название Мальта. Он будет использовать электричество как для нагрева расплавленных солей, так и для охлаждения резервуаров с жидкостью; при необходимости процесс меняется на противоположный, используя выпущенный горячий и холодный воздух для вращения турбины и регенерации электричества.

Важно отметить, что хранение тепла позволяет избежать опасений по поводу токсичности и воспламеняемости, которые возникают при использовании литий-ионных аккумуляторов большой мощности.

«Нагревание воды или изготовление льда - это не те вещи, о которых можно беспокоиться», - сказал Бретт Саймон, аналитик по хранению энергии в GTM Research. «В этих системах не используются какие-либо реактивные, потенциально опасные или легковоспламеняющиеся химические вещества. Это может привести к тому, что люди, которые более осторожно относятся к хранению аккумуляторов, перейдут в домашние аккумуляторы тепла».

Препятствия для роста

Тепловые накопители существуют дольше, чем современные аккумуляторы, но они никогда не выходили из нишевого сегмента.Лишь немногие компании устанавливают это в США, по сравнению с десятками, которые сейчас преследуют рынок аккумуляторов.

По словам Хопкинса из Ice Energy, здесь играют роль культурные пристрастия. Аккумуляторные батареи стали популярными только в последние несколько лет, во многом благодаря умению Илона Маска завладеть воображением публики. Это новообретенное осознание можно передать другим людям.

«Поскольку они знают о литии, когда вы говорите о других формах хранения, это не так уж и плохо», - сказал он.

Тем не менее, тепловому накопителю не хватает знаменитого проповедника, и он не может зарядить сексуальный спортивный автомобиль.

«Дело в том, что аккумуляторы тепла не видны жильцам, - сказал генеральный директор Calmac Марк МакКракен. «Люди, которые заходят в эти коммерческие здания, ожидают, что здание будет прохладным. Они совершенно не понимают, как оно охлаждается».

Компании, стремящиеся вытеснить традиционные системы отопления и охлаждения, должны обращаться к клиентам, когда им нужно это оборудование, потому что это не повседневная покупка.

Новые дома могут быть многообещающим рынком, но для существующих домов время купить новый кондиционер обычно наступает, как только старый ломается. В этот момент у клиента появляется сильный стимул выбрать самое быстрое и простое, что, вероятно, не является шаткой технологией охлаждения, о которой он никогда не слышал.

Помимо проблемы осведомленности потребителей, необходимо преодолеть технические ограничения.

Один из них - это процесс проектирования крупных строительных проектов.По словам Маккракена, обычно архитектор проектирует здание и просит инженеров охладить его. Они смотрят на пиковую мощность охлаждения, необходимую для покрытия самого жаркого дня в году, добавляют запас прочности и называют это днем.

По словам Маккракена, хранение тепла требует другого вида анализа и предполагает представление о риске, даже если в конечном итоге оно стоит столько же и обеспечивает такой же коэффициент безопасности. Требуется время, чтобы проникнуть в этот промышленный рабочий процесс в более широком масштабе.

Даже в этом случае распространение аккумуляторов тепла зависит от экономического компромисса между обычным бизнесом и смещением спроса с пикового значения.Это подразумевает дизайн тарифов, который оказался ненадежным партнером в продвижении продукта.

«Проблема номер один - это неопределенность с тарифами, с разницей между дневными и ночными расходами», - сказала Мэри Энн Пьетт, директор отдела строительных технологий и городских систем Национальной лаборатории Лоуренса Беркли. «Тарифы со временем сильно меняются, и нет достаточной уверенности в экономике».

В масштабах всей страны количество дифференцированных по времени тарифов на электроэнергию и программ реагирования на спрос растет по мере того, как коммунальные предприятия раскрывают возможности распределенных энергетических ресурсов.Пока они не появятся, преимущества накопления тепла для потребителей останутся в основном теоретическими, даже если они уже ощутимы для сети.

География имеет значение

Климат помогает определить эффективность аккумулирования тепла в большей степени, чем для аккумуляторов.

По словам Пьетта, идеальный рынок имеет большие суточные колебания, с жарким днем ​​и более прохладной ночью. Окрестности пустыни, такие как Аризона и внутренняя Калифорния, прекрасно подходят.

В умеренном климате Беркли или на побережье Тихоокеанского Северо-Запада мало домов имеют или нуждаются в кондиционировании воздуха.От бытового Ice Cub было бы мало пользы, в то время как батарея по-прежнему могла бы заменять электрическую нагрузку и обеспечивать резервное питание в случае сбоя.

Точно так же подземное хранилище тепла прекрасно работает в холодной Альберте, но в меньшей степени в месте, где зимой остается довольно тепло. Эта технология также требует высокого уровня поддержки со стороны сообщества: системы работают лучше всего, когда они обслуживают весь район или кампус.

Такого рода сотрудничество трудно достичь без строительства нового жилья; труднее продать улицы, чтобы копать под существующими застройками.Централизованное теплоснабжение хорошо себя зарекомендовало в холодных северных общинах с плотным населением и политикой социального сотрудничества - в основном в Скандинавии. Помогает наличие главного коммунального предприятия для газа, электроэнергии и пара.

«Модели владения и эксплуатации [для централизованного теплоснабжения] не так распространены в наших городских районах», - сказал Пьетт. «Это возможно, и я надеюсь, что со временем мы сможем создать новые бизнес-модели».

Плотность и разнообразие нагрузок делают предложение более привлекательным, добавила она, ссылаясь на офис Amazon в Сиэтле, который покупает отработанное тепло, выбрасываемое ближайшим центром обработки данных.

Партнер в движении вперед

Стартапы по хранению тепла, с которыми я говорил, четко заявили об одном: им необходимо сотрудничать с более крупными организациями для масштабирования.

Ice Energy нашла союзников в лице энергокомпании Southern California Edison и независимого поставщика электроэнергии NRG. SCE заключила контракт на 26 мегаватт-часов распределенного хранения тепла у заказчика. Это обеспечило гарантированный доход, необходимый для начала наращивания производства. Осталась проблема с денежным потоком.

Стартап из 22 человек не мог оплатить всех этих ледяных медведей и ждать 20 лет, чтобы получить деньги.Вместо этого Ice Energy продала специальный автомобиль для проекта NRG, у которой огромный баланс. Технически NRG владеет будущим доходом флота и выплачивает Ice Energy аванс за установку оборудования.

Если все пойдет по плану, NRG получит легкую окупаемость инвестиций с минимальным риском: выручка поступает через крупную коммунальную компанию с высоким кредитным рейтингом. Задача Ice Energy - найти компании, готовые разместить в общей сложности 1800 Ice Bears бесплатно, получая экономию на счетах за электроэнергию от 1000 до 1500 долларов в год на единицу (Ice Energy развернула в общей сложности 1200 единиц с момента своего создания).

По словам Хопкинса, у компании также есть контракты с двумя коммунальными предприятиями в Массачусетсе и еще 400 мегаватт на различных этапах переговоров.

Этим летом начались поставки жилого дома Ice Cub, который заменяет обычный кондиционер и добавляет возможности аккумулирования тепла. Хопкинс надеется расширить этот продукт за счет дистрибьюторской сделки с крупным установщиком солнечной энергии.

«Сейчас для нас 1800 кажется большим числом», - сказал он. «На внутреннем рынке вы можете увидеть десятки тысяч жителей США.С. развертывается ".

«Этот рынок домашнего охлаждения не следует недооценивать, особенно если аккумуляторы тепла конкурируют по цене, но добавляют больше услуг», - сказал Саймон из GTM.

«Если они получат 1 процент от рынка домашних систем переменного тока, это уже будет намного больше, чем годовые продажи домашних аккумуляторов», - отметил он.

Axiom Exergy также ищет более крупные компании для продвижения своего продукта. В данном случае: национальные сети продуктовых магазинов. Компания разрабатывает развертывание нескольких магазинов с Whole Foods и Walmart, чтобы следить за начальными демонстрационными установками.

«Я не вижу никаких препятствий в обозримом будущем, потому что существует так много продуктовых магазинов и холодильных складов», - сказал директор по продажам Джон Лерх. «Всегда будет ... необходимость хранить еду в охлажденном состоянии, чтобы распространять ее повсюду».

Calmac, вышедший из фазы запуска несколько десятилетий назад, обсуждает партнерские отношения с коммунальными предприятиями, но пока их не ведет. Компания также обращается к другим партнерам: компаниям по хранению аккумуляторов.

Идея состоит в том, чтобы предложить коммерческим клиентам гибридный продукт с накопителем тепла, рассчитанным на тепловую нагрузку, и батареями для удовлетворения остаточного пикового спроса. Это могло бы обеспечить экономию при меньшем расходе на киловатт-час, чем если бы батареи были вынуждены нести нагрузку по обогреву и охлаждению.

Тепловые аккумуляторы дополняют более умную сеть, чем та, которая у нас есть сегодня. Будет трудно продавать, пока покупатель платит за киловатт-час столько же на пике всей сети, как в 3 часа ночи. Но по мере того, как клиенты становятся более грамотными в энергосистеме, а коммунальные предприятия начинают посылать более сложные ценовые сигналы ряду предприятий. распределенные энергетические активы, спрос на технологию аккумулирования тепла может, наконец, начать расти.

Что происходит в мире хранения тепловой энергии? - pv magazine USA

Можно ли коммерциализировать эту технологию? Партнерство между Siemens Energy и EnergyNest по совместной разработке решений для аккумулирования тепла является последней разработкой в ​​отрасли с большим потенциалом, но пока что практического применения мало.

Тим Сильвия

Siemens Energy и EnergyNest заключили долгосрочное партнерство по разработке решений по хранению тепловой энергии для промышленных клиентов.Обе компании изучают возможность использования избыточной возобновляемой электроэнергии для зарядки тепловой батареи, которая, в свою очередь, будет выделять пар, когда это необходимо для выработки электроэнергии, что снизит потребность станции в природном газе при одновременном повышении гибкости.

Жизнь как нишевая технология

Накопители тепла долгое время считались жизненно важными для декарбонизации, однако рынок этой технологии остается нишевым и дорогим. Это реальность, признанная Siemens и EnergyNest, и обе компании заявили о своем намерении создать модульные и стандартизованные системы хранения тепла, улучшая как эффективность, так и экономичность технологии в масштабируемой модели.

Тепловые аккумуляторы в настоящее время представляют собой рынок мелкого картофеля в мире энергетики с оборотом $ 4,35 млрд. И хотя технология в настоящее время сдерживается ограниченной эффективностью и еще более ограниченной экономикой проекта, сторонники технологии придерживаются идеи о том, что аккумулирование тепла может предложить более высокую мощность, улучшенный срок службы и более высокую общую надежность системы по сравнению с литий-ионным аккумулятором. батареи.

Siemens и EnergyNest - не единственные компании, работающие в секторе аккумулирования тепла. Какие еще инновации были сделаны, чтобы вывести эту нишевую технологию на рынок?

Стадия разработки

Не только частные компании стремятся расширить сферу применения аккумуляторов тепла.Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) запустила проект, направленный на повышение эффективности аккумулирования тепла для последующего использования энергии для привода турбогенератора. В частности, NREL стремится разработать систему, использующую электричество для питания высокоэффективного теплообменника, который будет нагревать недорогие твердые частицы до температуры более 1100 ° C. Частицы будут храниться в изолированных силосах до нескольких дней. Когда требуется электричество, горячие частицы будут подаваться через теплообменник с псевдоожиженным слоем, нагревая рабочую жидкость для приведения в действие турбины с комбинированным циклом Брайтона, присоединенной к генератору.

Говоря о Brayton Energy, компания в настоящее время разрабатывает то, что она называет «ключевым компонентом» для интеграции турбомашин в экономичную систему хранения тепловой энергии. По-английски это означает, что Брайтон стремится создать систему, в которой каждая ступень турбомашинного оборудования предназначена для работы и как компрессор, и как турбина, чередуя циклы зарядки и разрядки. ВНИМАНИЕ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Ожидается, что такое упрощение системы и объединение частей повысит эффективность и снизит капитальные затраты.

В 2018 году Echogen начала разработку системы хранения энергии, которая, по словам компании, использует цикл теплового насоса с CO2 для преобразования электрической энергии в тепловую путем нагрева «резервуара» из недорогих материалов, таких как песок или бетон. В этом случае в резервуаре сохраняется тепло, которое по запросу может быть преобразовано обратно в электроэнергию. Для выработки энергии жидкий CO2 будет перекачиваться через высокотемпературный резервуар до сверхкритического состояния, после чего он будет расширяться через турбину для выработки электроэнергии из накопленного тепла.

Эти три проекта развития реализуются в рамках квазиконкурентной серии грантов, предоставляемых ARPA-E, с целью снижения затрат на долгосрочное хранение до 5 центов за кВтч. Гранты включают больше, чем просто аккумулирование тепла, и ранее были охвачены журналом pv magazine .

В то время как интерес к разработке и исследованию аккумуляторов тепла вызвать довольно легко, коммерческие проекты и полностью реализованные решения - совсем другое дело.

Azelio

Шведский стартап Azelio, который хранит энергию в расплавленном алюминии, совершил прорыв в коммерческих проектах по хранению расплавленного металла.Одно из решений компании по хранению энергии было установлено рядом с солнечным комплексом в Нур Уарзазат мощностью 580 МВт (510 МВт CSP и 70 МВт фотоэлектрической энергии) в Марокко. В технологии Azelio для нагрева переработанного алюминия до 600 ° C используется электричество. Когда от накопителя требуется мощность, накопленная тепловая энергия передается в двигатель Стирлинга с помощью теплоносителя.

Буквально на прошлой неделе компания подписала меморандум о взаимопонимании с базирующейся в США Trimark Associates в отношении мощности хранилища энергии Azelio более 45 МВт до 2025 года, при этом Trimark выступает в качестве системного интегратора, чтобы Azelio смог закрепиться на американском рынке.Первые проекты нацелены на 150 кВт в 2021 году, затем 3 МВт в 2022 году, 6 МВт в 2023 году, 12 МВт в 2024 году и 24 МВт в 2025 году.

1414 градусов

Штаб-квартира находится в Аделаиде, Австралия, 1414 градусов - компания по хранению тепла из расплавленного кремния, стремящаяся предоставить решения по хранению тепла для клиентов с потребностями от 10 МВт-ч до 1 ГВт-ч. Кремний хранится при 1414 градусах, отсюда и название. Компания произвела фурор в конце 2019 года после покупки компании SolarReserve Australia II Pty Ltd, которая владеет проектом Aurora Solar Energy рядом с Порт-Огаста в Южной Австралии.Этот проект представляет собой комбинацию 220 МВт, 70 МВт фотоэлектрической и 150 МВт концентрированной солнечной энергии, которую 1414 Degrees добивается разрешения на расширение, добавив 400 МВт фотоэлектрической энергии.

Компания намеревается использовать проект Aurora для пилотирования своей технологии аккумулирования тепла TESS-GRID и обеспечения стабильной подачи электроэнергии в сеть.

Глинозем

Глинозем - калифорнийская компания, которая разработала технологию хранения, в которой используется высокотемпературный керамический накопительный материал с высокой теплопроводностью, теплоемкостью и низкой стоимостью для хранения и рекуперации тепловой энергии или тепла. до 1500 ° C.Хотя компания еще не смогла применить свою технологию в каких-либо крупномасштабных проектах, недавно она подписала меморандум о взаимопонимании с находящейся в ОАЭ компанией Seramic Materials, чтобы изучить возможность внедрения переработанных керамических материалов в накопители тепловой энергии с уплотненным слоем. Компания Seramic Materials разработала решение для переработки твердых промышленных отходов в экологически чистые керамические изделия.

Этот контент защищен авторским правом и не может быть использован повторно. Если вы хотите сотрудничать с нами и хотели бы повторно использовать часть нашего контента, свяжитесь с нами: editors @ pv-magazine.com.

Как работают тепловые батареи?

Что такое тепловая батарея?

Любую тепловую массу по определению можно назвать тепловой батареей, поскольку она способна накапливать тепло. В контексте дома это означает плотные материалы, такие как кирпич, кладка и бетон. Даже кувшин с водой, стоящий в солнечном окне, является своего рода тепловой батареей, поскольку он улавливает, а затем выделяет тепло от солнца.

Хорошо изолированный бетонный пол также действует как тепловая батарея; как только вы накачаете его полным теплом, он долго остынет (в зависимости от толщины), и в это время он регулирует внутреннюю температуру.

Одно из практических применений для получения максимальной отдачи от излучающего бетонного пола, поскольку тепловая батарея может быть в областях с колеблющимися затратами на электроэнергию - вы можете настроить пол на таймер, чтобы он работал только в часы с низким тарифом (с 19:00 до 7:00 в Онтарио Например). В течение двенадцати часов, когда он выключен, он действует как аккумулятор, медленно выделяя накопленное тепло, поэтому вам не придется платить по более высоким тарифам в часы пик.

MIT Solar House через Викимедиа

По мере того, как вы приближаетесь к области активных систем аккумулирования тепла, одним из наиболее распространенных типов тепловых батарей (не то чтобы их много) является огромный резервуар для воды, закопанный в землю, который нагревается. солнечными тепловыми панелями.

Даже этот тип системы не нов, первый дом в Соединенных Штатах с активной системой солнечного отопления был построен в 1939 году в кампусе Массачусетского технологического института (Массачусетский технологический институт) и располагался на вершине огромного резервуара с водой, который нагревается. тепловыми солнечными панелями.

Тепловая батарея MIT Solar House через Викимедиа

Что такое тепловые батареи с фазовым переходом?

Использование «фазового перехода» немного поднимает планку - оставайтесь со мной, это будет весело, обещаю :)

Требуется значительный вклад энергии, чтобы заставить материал превратиться из твердого в жидкое.Эта энергия позже высвобождается, когда материал снова затвердевает. Пока происходят эти преобразования и материал либо поглощает, либо выделяет энергию, температура остается постоянной. После завершения фазового перехода материал снова начнет изменять температуру.

Так что это означает в реальном выражении? Это означает, что для того, чтобы растопить воду, воск, металл, камень или что-то еще, вам нужно дать ему тонну энергии. но при этом температура не меняется.Таким образом, ваша «батарея» имеет больше энергии, и вы можете хранить больше тепла в том же объеме пространства.

Трудно воспользоваться температурой плавления 0 ° Цельсия, но воск плавится при температуре около 37 ° Цельсия (в зависимости от его точного химического состава), что идеально подходит для сбора и хранения тепла от солнечных тепловых коллекторов.

Как построить тепловую батарею:

Если у вас есть солнечная панель, собирающая тепло (непосредственно нагревающая воздух или жидкость, а не генерирующая энергию с помощью фотоэлектрических элементов), вы можете использовать ее для зарядки своей тепловой батареи.Представьте себе это - большой резервуар с воском (или водой), который нагревается нагревательными змеевиками солнечного коллектора. Через этот же резервуар проходит другой змеевик, который отбирает тепло, чтобы перекачивать его через ваш лучистый пол или любую другую систему распределения тепла, которая у вас есть.

Удельная теплоемкость:

Если вы возьмете твердый парафин (теплоемкость Cp = 2,5 кДж / кг · K и теплота плавления 210 кДж / кг), скажем, 1 кг, при комнатной температуре вам потребуется 2,5 кДж (килоджоулей) тепла, чтобы Блок 1 кг выдерживает температуру от 20 ° C до 21 ° C.Чтобы температура повысилась с 21 ° C до 22 ° C, вам также потребуется 2,5 кДж (то есть такое же количество энергии).

Парафин плавится примерно при 37 ° C. Если она упадет до 36 ° C, вам снова потребуется всего 2,5 кДж, чтобы вернуть ее к 37 ° C, но вам потребуется 210 кДж (в 84 раза больше), чтобы перейти с 37 до 38 ° C.

Это связано с тем, что для того, чтобы расплавиться, необходимо разорвать некоторые химические связи в твердой решетке, а это требует дополнительной энергии. Итак, в целом, если около килограмма парафина лежит при температуре 20 ° C, вам потребуется 252 штуки.5 кДж, чтобы довести его до 38 ° C.

Бетон является одним из наиболее распространенных строительных материалов с высокой теплотворной способностью. В отличие от парафина, 1 кг бетона (Cp = 0,88 кДж / кг · K) потребует 15,8 кДж, чтобы сделать то же самое. Для воды (Cp = 4,18 кДж / кг · K) необходимое количество энергии составит 75,2 кДж.

Количество вложенной энергии - это количество энергии, хранящейся в материале, поскольку эта энергия позже будет высвобождаться, когда материал снова остынет до 20 ° C или комнатной температуры. Хотя существует множество материалов, которые можно использовать для аккумулирования тепла, это всего лишь краткое сравнение некоторых из наиболее широко доступных.

Итак, парафин может сохранять в 16 раз больше тепла на килограмм, чем бетон, и в 3,4 раза больше, чем вода. Таким образом, хотя вода может быть не лучшим материалом для хранения тепла, она, безусловно, является наиболее доступной по цене и легкодоступной.

Значение Cp, указанное в тексте выше, относится к теплоемкости материалов.

q = м Cp ΔT

где:

q = энергия [Дж]

м = масса материала [кг]

Cp = теплоемкость материала [кДж / (кг · K)]

ΔT = разница температур [K или ° C]

Подробнее о проектировании домов на пассивных солнечных батареях можно узнать здесь

Схема тепловой батареи предоставлена ​​компанией Alternative-Photonics.com /

Диаграммы тепловых батарей любезно предоставлены компанией Alternative Photonics.

Накопление солнечной энергии для дома, фермы и малого бизнеса: предложения по выбору и использованию материалов и устройств для аккумулирования тепла

AE-89


AE-89

Университет Пердью

Кооперативная служба расширения

West Lafayette, IN 47907





Стив Экхофф и Мартин Окос

Кафедра сельскохозяйственной инженерии
Университет Пердью

Содержание

Вступление

Типы материалов, используемых для хранения солнечного тепла

Преимущества и недостатки различных материалов для хранения

Как материалы с фазовым переходом работают в солнечном аккумуляторе

Размер и тип горных пород, наиболее подходящих для хранения тепла

Тип используемого теплоносителя

Определение размера вашего складского помещения

Расположение вашего хранилища

Важность конфигурации хранилища (форма)

Уменьшение необходимого объема хранения

Предложения при покупке коммерческого накопителя тепла

Связанные публикации

 

Никому не нужно определять для рядового гражданина термин «энергия». хруст ».Наши ежемесячные счета за топливо и коммунальные услуги - постоянное напоминание о том, что стоимость уровня жизни Америки. А «эксперты» предупреждают, что кризис здесь, чтобы остаться.

Из альтернатив традиционным формам энергии одна получить самое серьезное внимание - по крайней мере, для дома, фермы и небольших Потребности бизнеса в отоплении - это солнечная энергия. Сегодня много новых домов проектируются и строятся для размещения солнечного отопления системы. Различные типы переносных коллекторов и солнечного отопления пакеты конверсии легко доступны на розничном рынке.

К сожалению, слишком многие перспективные пользователи солнечной энергии тоже мало информации о некоторых аспектах строительства или переоборудования к солнечной системе отопления. Одна область неадекватной или дезинформации в особенным (и дорогостоящим из-за того, что допускаются ошибки) является хранение собранная энергия. Таким образом, цель данной публикации - ответить на несколько основных вопросов о правильном выборе и использовании устройства хранения тепла.

В публикацию включены обсуждения различных аккумуляторов тепла. материалы и средства массовой информации, и как выбрать "правильный"; размер, расположение и форма запоминающего устройства; и предложения по покупкам для такого устройства.Включены два рабочих листа (с примерами) - один для определение того, сколько тепла вам может понадобиться, а другой для выяснения того, насколько вы сможете сократить расходы за счет правильного изоляция. Перечисленные в конце этой публикации доступны Purdue Extension публикации, посвященные смежным аспектам солнечного отопления и энергосбережение.

Какие материалы используются для хранения солнечного тепла и есть ли "лучший" один?

Ряд материалов будет работать как носитель в доме, на ферме или системы солнечного отопления для малого бизнеса; но только три обычно рекомендуется в это время - камень, вода (или водно-антифризные смеси) и химическое вещество с фазовым переходом, называемое глауберовской солью.Эти материалы, наиболее последовательно соответствующие критериям выбора носитель информации, а именно способность (1) передавать тепло своему точки приложения при желаемой температуре, и (2) сделать это дешево, исходя не столько из стоимости материала, сколько из стоимости самого общая система и ее обслуживание.

Таким образом, не существует одного «лучшего» теплоаккумулирующего материала; а скорее каждый из трех имеет характеристики, которые могут сделать его наиболее желанным при определенных условиях.

Каковы преимущества и недостатки каждого материала для хранения, и при каких условиях его можно будет использовать?

Скалы

В качестве материала для хранения камни дешевы и легкодоступны. хорошие характеристики теплопередачи с воздухом (теплоносителем) при низкие скорости и действуют как собственный теплообменник. Основной недостатками являются их высокое соотношение объема на единицу хранения по сравнению с вода и материалы с фазовым переходом (что означает больший запас тепла области), а также трудности с конденсацией воды и микробиологической Мероприятия.Если точка росы поступающего в хранилище воздуха выше температуры породы, влага в воздухе конденсируется на камни. Влага и тепло в горном дне могут привести к возникновению микробов. рост.

Каменное хранилище - самая надежная из трех систем хранения. из-за своей простоты. После того, как система установлена, обслуживание минимален, и некоторые вещи могут снизить производительность хранилища.

Воздушные солнечные коллекторы обычно используются с каменными хранилищами. устройств.Поскольку воздухосборники дешевле и не требуют обслуживания чем жидкостные коллекторы, система, использующая каменные накопители и солнечные Коллекторы кажется наиболее логичным вариантом для отопления жилых домов. Тем не мение, другие обстоятельства, такие как наличие дешевых материалов, ограниченное коллектор или место для хранения или несовместимость с существующим система отопления, может диктовать использование воды или фазового перехода устройство хранения материала. Помните, однако, что окончательный решающим фактором должны быть начальные затраты и затраты на обслуживание система.

Обсуждается тип и размер горных пород, которые лучше всего хранят тепло. позже.

Вода

Вода в качестве материала для хранения имеет преимущества в том, что она недорогая. и легко доступны, имеют отличную теплопередачу характеристики и совместимость с существующей горячей водой системы. К его основным недостаткам можно отнести трудности с системой. коррозия и утечки, а также более дорогие строительные расходы.

Благодаря хорошему соотношению теплоемкости к объему (в пять раз больше породы) и больший КПД жидкостных солнечных коллекторов, Системы сбора и хранения жидкостей могут быть очень практичными: (1) где доступно тщательное техническое обслуживание (например, в многоквартирном доме или промышленных зданий), (2) где конечным использованием является горячая вода (например, как в молочном сарае или на предприятии пищевой промышленности), или (3) где система хранения воды может быть напрямую соединена с существующим отоплением система как в жилом водонагревателе плинтус отопления.

Вместо камня можно также рассмотреть систему хранения воды. хранение в ситуациях, когда пространство ограничено. Бак для воды может легко закапывать под землю для экономии места.

Материалы с фазовым переходом (PCM)

Глауберова соль вещества с фазовым переходом из-за низкого содержания объема на каждую хранимую БТЕ, требует только 1/8 пространства камней и 2/5 пространство воды для сопоставимого хранения тепла (см. рисунок 1).Это также поглощает и отдает большую часть тепла при постоянном температура. Недостатки глауберовской соли, по крайней мере, на данный момент, его стоимость относительно камня и воды, а также различные технические проблемы (например, проблемы с упаковкой из-за плохого теплового проводимость и ее коррозионный характер). Такие проблемы нужно разрешается до того, как можно будет гарантировать надежность PCM.

Рисунок 1. Сравнительные объемы для одинакового количества аккумуляторов тепла. с использованием трех разных материалов для хранения.

Материалы с фазовым переходом чаще всего используются в ситуациях, когда существуют ограничения по пространству. Часто стоимость дополнительного места в новый дом для каменного хранилища будет больше, чем добавленная стоимость о покупке ПКМ, такого как глауберова соль. Эти материалы также очень желательно, если ставка делается на поддержание постоянного температура. Жилые помещения, отапливаемые PCM, часто более комфортны, так как температура воздуха в хранилище более равномерная, пока разрядка.

Как материалы с фазовым переходом работают в солнечном аккумуляторе?

PCM - это химические вещества, которые претерпевают твердое-жидкое переход при температурах в желаемом диапазоне нагрева целей. В процессе перехода материал поглощает энергию когда он переходит из твердого состояния в жидкость и высвобождает энергию по мере продвижения обратно в твердое состояние. Что делает PCM желательным для хранения тепла, так это его способность удерживать одновременно очень разное количество энергии температура.

Чтобы проиллюстрировать это, рассмотрим фазовые изменения, которые происходят с водой. Если вода помещается в морозильную камеру, тепло отводится из нее хладагент, пока он не станет льдом. Если затем поместить лед в жидкость при комнатной температуре, она тает, поскольку поглощает энергию из этого окружающая жидкость. Количество поглощенного тепла составляет около 143 БТЕ на фунт, что означает, что фунт льда может охладить фунт воды от От 175 ° F до 32 ° F, в то время как само по себе только меняет форму (т.е., от льда при 32 ° до воды при 32 °).

В настоящее время изучаются потенциальные теплоаккумулирующие материалы на минимум дюжина химических соединений, которые изменяют фазу при температуре в пределах полезного диапазона для отопления помещений. Однако на данный момент продается только глауберова соль (декагидрат сульфата натрия) коммерчески. Соль Глаубера меняет фазы при 90 ° F и имеет 108 БТЕ на фунт «скрытого тепла» (количество поглощенного или выделенного тепла во время смены фазы).Из-за высокой скрытой теплоты глауберова соль требует меньшего объема хранения, чем камень или вода; что могло означает более низкую стоимость складских помещений и больше полезного пространства в доме чтобы компенсировать относительно высокую стоимость материала.

У ПКМ есть некоторые химические свойства, которые могут вызывать проблемы при нагревании. хранение и передача; но большинство из них были преодолены или преодолеваются. Один что PCM имеют тенденцию к переохлаждению при отводе тепла. Это значит, что, вместо того, чтобы отдавать скрытую теплоту при температуре фазового перехода, соль PCM может оставаться жидкостью, пока не упадет, возможно, до 15-30 ° ниже этой температуры.Для борьбы с этим сверхохлаждением »по Глауберу соль, около 3 процентов химического вещества, декагидрат тетрабората натрия, добавляется, чтобы вызвать фазовый переход при надлежащей температуре.

Еще одна проблема с солевыми ПКМ - это неконгруэнтное плавление, что происходит, когда соль частично нерастворима в воде кристаллизация. В случае глауберовской соли при ее плавлении температуре около 15 процентов сульфата натрия остается в нерастворимая безводная форма.Будучи вдвое более плотным, чем насыщенный раствор, безводный осаждается и не перекристаллизовывается при тепло отводится. Чтобы предотвратить это, используется загуститель, чтобы сохранить водный раствор в суспензии, пока он не сможет преобразоваться в кристалл структура при отводе тепла.

Способность аккумулировать тепло снизится со 108 до примерно 60 БТЕ на фунт по мере оседания безводного. В настоящее время лучшее загущение Используемым агентом является аттапульгитовая глина, которая при добавлении к глауберовской соль в количестве 7-10 процентов, препятствует оседанию безводный и не разлагается со временем.

Примечание : Остерегайтесь смесей, содержащих целлюлозу, крахмал, опилки, силикагель, диоксид кремния и т. д. Эти типы загустителей хорошо подходят для некоторое время, но в конечном итоге либо гидролизуются солью, либо разлагается бактериями и становится неэффективным. Имея дело с уважаемая компания должна устранить некоторые из этих опасений. Не позволяйте продавец продаст вам «секретный» загуститель; если бы это было хорошо он был бы запатентован, и не было бы необходимости в секретах.)

Если в качестве материала для хранения используется камень, какой размер и тип лучше всего подойдут?

Хотя размер выбранной породы будет определяться в первую очередь стоимость, как правило, чем больше размер, тем лучше для хранения целей. Основная причина в том, что требуется меньше энергии, чтобы заставить теплопередача воздуха через большие камни, чем через маленькие. Горные породы менее дюйма в диаметре обычно слишком малы; тогда как еще более 4-6 дюймов в диаметре слишком велики из-за недостаточного площадь поверхности теплопередачи.

Собирая камень для хранения, ищите округлое поле. камни диаметром от 4 до 6 дюймов. При коммерческой покупке у каменный карьер, самый крупный из имеющихся, вероятно, "септический" гравий », диаметр которого составляет 1–3 дюйма. Но не переусердствуйте. озабочен размером; соглашайтесь на 2-дюймовый септический гравий, если у вас есть платить больше за камень большего размера. Если есть, старый кирпич дома хороший материал для хранения при штабелировании для обеспечения циркуляции воздуха.

Вероятно, более важным, чем размер камня, является его однородность. Если слишком много вариаций, более мелкие камни заполнят пустоты между более крупными камнями, тем самым увеличивая мощность воздуходувки требование. Кроме того, избегайте камней, которые имеют тенденцию к масштабированию и чешуйки, например известняк. Образовавшаяся «пыль» улавливается воздух, передающий тепло, и либо засоряет фильтры печи, либо, если печь обходится, выдувается прямо в зону нагрева.

Поскольку воздух необходимо продувать через каменное дно, необходимо знать необходимое количество энергии. В общем, чем быстрее поток воздуха и / или чем меньше размер камня, тем больше потребляемая мощность.

Например, скорость воздуха 50 футов в минуту через 10-футовый слой 1-дюймовой породы имеет перепад давления около 1 дюйма. вода (статическое давление). Снижение скорости до 30 футов в минуту сократит падение давления до 1/2 дюйма водяного столба.Падение давления по всей системе (т. е. коллектор, платформа для хранения и воздуховоды) должно быть не более 3-4 дюймов водяного столба (статическое давление).

Перед заполнением хранилища рассмотрите возможность мытья или проверки. из «штрафов», которые в противном случае могли бы заполнить пустоты. Каменное хранилище должен позволять отвод скопившейся влаги. Также, рассмотреть способы предотвращения роста плесени и бактерий, одним из которых является поддержание высокой температуры хранения даже в периоды малой нагрузки.

Какой тип теплоносителя мне следует использовать?

Средствами переноса, наиболее часто используемыми в системах солнечного отопления, являются: воздушные, водяные и водо-антифризные смеси. Какой из них вам следует использовать вполне может быть продиктовано типом выбранного материала для хранения. Для Например, для хранения горных пород в качестве среды передачи требуется воздух; вода или хранилища воды-антифриза используют ту же жидкость для передачи тепла; PCM хранилище. с другой стороны, использовал бы воздух или жидкость, в зависимости от типа теплообменника.

Многие из первых домов, построенных на солнечной энергии, использовали водные коллекторы. с накоплением воды из-за преимуществ повышенной эффективности и уменьшенного размера. Однако в настоящее время солнечные системы отопления, использующие воздух в качестве средства переноса рекомендуется для домашнего использования. Один причина - меньшая вероятность повреждения; неисправная система передачи воздуха почти не вызовет проблем, связанных с протекающей или замерзшей водой. система будет. Кроме того, воздуховоды и воздуховоды обычно дешевле и требуют меньшего обслуживания.До более надежной и «отказоустойчивой» жидкости. системы разрабатываются, воздух, вероятно, по-прежнему будет рекомендован теплоноситель для домашнего солнечного отопления.

Насколько большим должен быть мой солнечный накопитель тепла?

Необходимый объем хранилища зависит от четырех факторов: (1) нагрев потребность отапливаемой площади, (2) дня резерва хранения желаемый, (3) температурный диапазон, в котором сохраняется тепло, и (4) тип используемого материала для хранения.Ниже приводится краткое обсуждение каждого коэффициент и рабочий лист I (с примером) для расчета необходимого тепла емкость хранилища с использованием различных материалов для хранения.

Требование к обогреву - это количество тепла, необходимое для поддержания желаемого температура в доме или другом здании. Это равно сумме тепла, которое конструкция теряет в окружающую среду через стены и кровля за счет теплопроводности и конвекции. Эта потеря тепла может быть оценивается по простым уравнениям, найденным в большинстве тепловых переводные книги (см. Связанные публикации на стр. 9) или часто газ и Представители теплотехнической компании примут такие решения, как услуга.

Запас хранения - это количество тепла, необходимое, если энергия не может быть собираются в течение заданного количества дней. Хотя и весьма изменчивый, сумма резерва, обычно планируемая для солнечного отопления дома при настоящее время составляет от 3 до 5 дней.

Диапазон температур, в котором сохраняется тепло - разница между максимальной температурой полки для хранения при заполнении и минимальная температура, для которой должен быть теплоноситель обогрев.В домах, отапливаемых солнечными батареями, максимальная температура "постели", вероятно, будет быть 130-150 ° F, в зависимости от используемого коллектора; тогда как минимум температура передачи составляет около 75-80 ° F, если предположить, что желаемая комната температура 70 ° F. Таким образом. хороший показатель «температурный диапазон» до использование в расчетах объема хранилища будет 50 ° F (130 ° - 80 °) (Имеется тенденция к максимально возможному сохранению тепла. температура для минимизации размера хранилища; но как температура от коллектора повышается, КПД падает).

Теплоаккумулирующие материалы отличаются определенными характеристиками, которые также необходимо учитывать при определении емкости хранилища. В таблице 1 перечислены насыпная плотность, удельная теплоемкость (теплоемкость) и скрытая теплота три распространенных материала для хранения солнечного тепла - камень, вода и глауберовский соль. На рисунке 1 показан сравнительный объем каждого материала для такое же количество аккумулированного тепла, на основе примера на Рабочем листе I.

Таблица 1.Характеристики теплоаккумулятора трех обычных видов солнечного тепла Материалы для хранения.

  Накопительный материал Насыпная плотность Удельная теплоемкость Скрытая теплота 
-------------------------------------------------- --------------------------
Камень 100 фунтов / куб. Фут. 0,2 БТЕ / фунт ° F ---------------

Вода 62,4 фунта / куб. Фут. 1 БТЕ / фунт ° F ---------------

Глауберова соль 56 фунтов / куб. Фут. 0,5 БТЕ / фунт.° F 108 БТЕ / фунт. при 90 ° F
(фазовый переход (включая нагрев ниже 90 ° F
температура, 90 ° F) теплообменник) 0,8 БТЕ / фунт ° F
                                         выше 90 ° F
-------------------------------------------------- ---------------------------
 

Рабочий лист 1. Расчет необходимого объема накопления солнечного тепла

Пример: предположим, что вашему дому требуется отопление (расчетное количество тепла потери) 15000 БТЕ в час, и вы хотите, чтобы ваша солнечная система отопления иметь 3-дневный резерв хранения.Каким будет ваше необходимое хранилище емкость с использованием камня, воды или глауберовской соли в качестве материала для хранения?

                                                                                       Наш Ваш
                      Ситуация с позициями и расчетами


1. Требуемый объем при использовании ROCK в качестве носителя.

   а. Потребность в отоплении здания: Расчетные потери тепла (см. Обсуждение выше).= 15 000 БТЕ / час ___________

   б. Часов в день: 24. = 24 часа в сутки ___________

   c. Желаемый резерв хранения: в среднем 3-5 дней (см. Обсуждение выше). = 3 дня ___________

   d. Общее необходимое тепло: Шаг 1.a (15000 БТЕ / час) x Шаг 1.b (24 часа / день) x Шаг 1.c
      (3 дня). = 1 080 000 БТЕ ___________

   е.Объемная плотность материала для хранения: Из Таблицы 1. = 100 фунтов / куб.фут ___________

   f. Удельная теплоемкость аккумулирующего материала: Из Таблицы 1. = 0,2 БТЕ / фунт ° F ___________

   грамм. Температурный диапазон, в котором сохраняется тепло: в среднем 50-75 ° F (см.
      обсуждение выше). = 50 ° F -----------

   час Нагрев на кубический фут материала для хранения: Шаг 1.e (100 фунтов / куб.фут) x Шаг 1.f.
      (0,2 БТЕ / фунт ° F) x Шаг 1.g (50 ° F). = 1000 БТЕ / куб. Фут ___________

   я. Требуемый объем хранилища с использованием камня: Шаг 1.d (1 080 000 БТЕ) ÷ Шаг 1.h
      (1000 БТЕ / куб. Фут). = 1080 куб. Футов ____________

2. Требуемый объем при использовании ВОДЫ в качестве носителя информации.

   а. Общее необходимое количество тепла: то же, что и в шагах с 1.a по 1.d. = 1 080 000 куб. Футов ___________

   б. Объемная плотность материала для хранения: Из Таблицы 1.= 62,4 фунта / куб. Фут ___________

   c. Удельная теплоемкость аккумулирующего материала: Из Таблицы 1. = 1 БТЕ / фунт ° F ___________

   d. Температурный диапазон, в котором сохраняется тепло: То же, что и в шаге 1.g. = 50 ° F ___________

   е. Тепло на куб. футов материала для хранения: Шаг 2.b (62,4 фунта / куб. фут) x Шаг 2.c
(1 БТЕ / фунт ° F) x Шаг 2.d (50 ° F). = 3120 БТЕ / куб. Фут __________

   f. Требуемый объем хранения с использованием воды: Шаг 2.a (1 080 000 БТЕ) ÷ Шаг 2. e
      (3120 БТЕ / куб. Фут.). = 346 куб. Футов ___________

3. Требуемый объем при использовании СОЛИ ГЛАУБЕРА в качестве носителя информации.

   а. Общее необходимое количество тепла: то же, что и в шагах с 1.a по 1.d. = 1 080 000 БТЕ ___________

   б. Объемная плотность материала для хранения: Из Таблицы 1. = 56 фунтов / куб.фут ___________

   c Скрытая теплота аккумулирующего материала: из таблицы 1.= 108 БТЕ / фунт ___________

   d. Удельная теплоемкость аккумулирующего материала: Из таблицы 1.

                            * Температура выше фазового перехода = 0,8 БТЕ / фунт ° F ___________
                            ** Температура ниже фазового перехода = 0,5 БТЕ / фунт ° F ___________

   е. Разница температур между фазовым переходом (90 ° F) и хранением
      максимум (130 ° F) и минимум (80 ° F): см. обсуждение температурного диапазона
      выше.* Разница температур выше фазового перехода = 40 ° F ___________
                                    ** Разница температур ниже фазового перехода = 10 ° F ___________

  f. Нагрев на фунт материала для хранения: Шаг 3.c + (Шаг 3.d * x Шаг 3.e *) + (Шаг 3.d **
     x Шаг 3.e **). Пример: 108 БТЕ / фунт. + (0,8 БТЕ / фунт ° F x 40 ° F) + (0,5 БТЕ / фунт ° F x
     10F) = 108 БТЕ / фунт.+ 32 БТЕ / фунт. + 5 БТЕ / фунт. = 145 БТЕ / фунт ___________

  грамм. Нагрев на куб. футов материала для хранения: Шаг 3.b (56 фунтов / куб. фут) x
     Шаг 3.f (145 БТЕ / фунт). = 8120 БТЕ / куб. Фут ___________

  час Требуемый объем хранилища с использованием глауберовской соли: Шаг 3.a (1 080 000 БТЕ) ÷
     Шаг 3.g (8120 БТЕ / куб. Фут.). = 133 куб. Футов ___________

 

Где должен быть мой солнечный накопитель тепла?

Как правило, для отопления жилых помещений содержится в самом доме.Так как это тяжело. самый лучший расположение в подвале или на нижнем уровне - и на бетоне. нет деревянные опорные элементы. Внутреннее хранилище должно иметь некоторая изоляция, особенно если хранилище заряжается во время летом. Тем не менее, это не обязательно должно быть так сильно изолировано, как на открытом воздухе. хранение, так как тепловые потери идут непосредственно на отопление дома.

Хранилище также может быть расположено снаружи дома либо в на земле или в неотапливаемом здании.при условии, что он хорошо изолирован. Сухой, хорошо дренированная почва действует как подходящая изоляция в хранилище похоронен снаружи; подземное хранилище также обеспечивает более удобную жизнь место в доме.

Важна ли форма теплонакопителя?

Важность конфигурации хранилища зависит от используемый материал для хранения. Хранилища жидкостей обычно хранятся в одиночный большой танк. Использование нескольких резервуаров меньшего размера позволит максимизация температуры в меньшем объеме, вместо того, чтобы нагрейте весь объем одного резервуара.Однако из-за стоимости нескольких резервуаров и связанных с ними проблем с клапанами, а также потому, что значительная вертикальная температурная стратификация в воде бак, рекомендуемая процедура - использовать один бак и взлетать вода наверху, где она наиболее теплая.

Эффективность склада очень зависит от конфигурация. Основная проблема при проектировании хранилища горных пород сводит к минимуму падение давления в воздушном потоке через хранилище.В как правило, чем короче расстояние, которое должен пройти воздух, и тем ниже расход воздуха, тем меньше будет перепад давления.

Минимальная длина, необходимая для адекватной теплопередачи внутри накопление зависит от расхода воздуха, коэффициента теплопередачи воздуха к рок, и площадь поперечного сечения. В нормальных условиях эксплуатации эта минимальная длина довольно мала. Следовательно, чем короче хранилище может быть (в пределах разумного), чем ниже эксплуатационные Стоимость.Как правило, скорость воздушного потока 20-30 футов в минуту невысока. желательно. Площадь хранения можно приблизительно определить, разделив общий расход воздуха из коллектора (в кубических расходах в минуту) от скорость (в футах в минуту).

Хотя воздух можно продувать через пласт в горизонтальном направлении, эффективная система предназначена для вертикального воздушного потока. Горячий воздух из коллектора выдувается сверху, а холодный воздух возвращается обратно к коллектору снизу.Когда требуется тепло для нагрева в комнате воздушный поток меняется на противоположный.

Может ли дополнительная изоляция уменьшить требуемый объем хранения (и стоимость)?

Поскольку потребность здания в отоплении определяет количество солнечной энергии. тепло, которое необходимо собирать и хранить, снижение этого требования приведет к также уменьшите площадь коллектора и емкость хранилища нужный. Обычно самый дешевый способ уменьшить теплопотери - это правильная изоляция. Фактически, деньги, сэкономленные за счет меньшего объема хранилища площадь, складские материалы и площадь коллектора зачастую больше, чем окупается дополнительная изоляция.

Насколько добавление изоляции может снизить стоимость система солнечного отопления зависит от ряда факторов, таких как структурная прочность здания, существующий уровень теплоизоляции, тепло материал для хранения и т. д. Но можно сэкономить важно, как показывает пример на Рабочем листе II. Используйте рабочий лист для определения требований к отоплению и последующему сбору-хранению объем системы и стоимость при текущем уровне изоляции, а затем на «должных» уровнях.Как правило, хранилище следует изолировать от значение R-11, если в отапливаемой зоне, и R-30, если в неотапливаемой зоне. область.

На что следует обращать внимание или о чем спрашивать при покупке коммерческого отопления устройство хранения?

Если прогнозируемый строительный «бум», связанный с солнечной энергией, действительно становится реальностью, наверняка возникнут какие-то однодневки компании, которые попытаются воспользоваться "незнанием потребителей" относительно систем хранения солнечного тепла и материалов.Защищать себя из этих фирм, а также иметь основу для мудрых варианты, следуйте этой предложенной процедуре:

    1. Остерегайтесь систем «черного ящика». Знайте, что в системе и как он действует.
    2. Если вы не знакомы с компанией, проверьте ее через Better Бизнес-бюро или аналогичная организация.
    3. Свяжитесь с кем-нибудь, у кого уже есть один из устройства хранения данных; они могут многое рассказать о типе выступления ожидать.Будьте очень осторожны, если продавец не может или не даст вам клиенты, чтобы связаться.
    4. Получите письменные претензии компании перед покупкой система. Также получите их, чтобы гарантировать заданный уровень производительности и замените все неисправные детали.
    5. Попросите показать проектные расчеты системы и ознакомьтесь с ними. использование имеющихся справочных материалов или получение помощи от вашего округа Дополнительный офис.
    6. Если система требует использования теплоаккумулирующего материала, например рок, рассчитайте его стоимость, если бы вы купили его сами.Это будет дать вам представление о количестве трудозатрат и рекламных затрат, связанных с в сделке.
    7. Если система требует предварительно упакованных PCM. попросить посмотреть данные компании, подтверждающие заявления о тепловой мощности, скрытой теплоте и ожидаемый срок полезного использования. Помните, что заявления о том, сколько раз Материал для хранения ПКМ не так важен, как количество тепло поглощается и выделяется в каждом цикле. Если безводная соль держится оседая, эффективность хранилища со временем снижается, но PCM будет продолжать цикл (на уровне 60 БТЕ на фунт вместо 108 БТЕ).

Публикации по теме

Единичные копии следующих публикаций Purdue Extension доступны вопросы солнечного отопления и энергосбережения жителям Индианы из их окружного офиса или написав в Центр распространения СМИ, 301 South Second Street, Лафайет, Индиана, 47901–1232.

Солнечное отопление для дома, фермы и малого бизнеса (AE-88)


Рабочий лист II. Определение эффекта дополнительной изоляции


по объему и стоимости теплоаккумулятора и коллектора

Пример: типичный квадратный двухэтажный дом.с площадью поверхности крыши 1267 квадратных футов и площадь стены 2400 квадратных футов должны быть солнечное отопление. В настоящее время он имеет только 6 дюймов изоляции. стекловолокно (значение проводимости 0,053 БТЕ / час - ° F-кв. фут. в крыше и 1 дюйм древесноволокнистой плиты (значение проводимости 0,33 БТЕ / час- ° F-кв. фут) в стены. Внутренняя температура будет поддерживаться на уровне 70 ° F: ожидается внешняя низкая температура составляет 10 ° F. Должен ли владелец оформить воздух коллектор и глауберова система хранения соли для дома потребность в отоплении.или стоит добавить еще 6 дюймов изоляция в крыше и 3 1/2 дюйма в стенах?

                                                                                Наш Ваш
           Ситуация с позициями и расчетами

1.Требования к отоплению здания с существующей изоляцией.

   а. Разница между внутренней и внешней температурой: из примера выше
        (70 ° F - 10 ° F).= 60 ° F _____________

   б. Площади кровли и стен; Из примера выше.
* Корневая площадь = 1267 кв.футов _____________
** площадь стен = 2400 кв.футов _____________

   c. Значение проводимости для данного типа и толщины изоляции:
      Обратитесь к дилеру строительных материалов. (Пример: крыша, 6 дюймов.
      стекловолокно; стена, ДВП толщиной 1 дюйм).
                                                        * Утеплитель крыши =.053 БТЕ / ч
° F-кв.фут _____________
                                                        ** Изоляция стен = 0,33 БТЕ / ч.
° F-кв.фут _____________

   d. Потери тепла через крышу: Шаг 1.a (60 ° F) x Шаг 1.b * (1267 кв. Футов)
      x Шаг 1.c * (0,053 - БТЕ / час- ° F-кв.фут). = 4029 БТЕ / час ______________

   е. Потери тепла от стен: Шаг 1.a (60 ° F) x Шаг 1.b * (2400 квадратных футов) x
      Шаг 1.c ** (0,33 БТЕ / ч.- ° F-кв.фут). = 47 520 БТЕ / час ______________

  е. Общая текущая потребность в тепле: Шаг 1.d (4029 БТЕ / час) + Шаг 1.e
    (47 520 БТЕ / час). = 51 549 БТЕ / час ______________

2. количество и стоимость складских материалов для удовлетворения текущих потребностей в отоплении.

  а. Часов в день: 24. = 24 часа в сутки _____________

  б. Желаемый запас аккумулирования тепла: Сред. 3-5 дней. = 3 дня _____________

  c.Теплоемкость накопительного материала: для глауберовской соли,
     см. Рабочий лист I, Шаг 3.f

  d. Стоимость единицы складского материала: уточняйте у поставщика. = 0,25 доллара США / фунт _____________
 
  е. Общий необходимый для хранения материал: (Шаг 1.f x Шаг 2.a x Шаг 2.b) ÷ Шаг 2.c.
     Пример: (51549 БТЕ / час x 24 часа в день x 3 дня) ÷ 145 БТЕ / фунт.
     = 3,711,526 БТЕ ÷ 145 БТЕ / фунт. = 25 597 фунтов _____________

  е. Общая стоимость необходимых складских материалов: Шаг 2.е. (25 597 фунтов) x Шаг 2.d
    (0,25 доллара США за фунт). = 6399 долларов США ______________

3. Размер и стоимость коллектора для удовлетворения текущих потребностей в отоплении.

   а. Желаемая способность к накоплению потребности в отоплении: в среднем 2 дня. = 2 дня ______________

   б. Уровень радиации для коллектора: уточните у поставщика. = 1000 БТЕ / кв.фут ______________

   c. Стоимость коллектора за квадратный фут: уточняйте у поставщика.= $ 1,00 / кв.фут ______________

   d. Общая необходимая площадь коллектора: (Шаг 1.f x Шаг 2.a x Шаг 3.a) ÷ Шаг 3.b.
      Пример: (51549 БТЕ / час x 24 ч / день x 2 дня) ÷ 1000 БТЕ / кв.фут
      = 2,474,352 БТЕ ÷ 1000 БТЕ / кв. Фут. = 2474 кв. Фута ______________

   е. Общая стоимость коллектора: Шаг 3.d (2474 кв. Фута) x
       Шаг 3.c (1,00 долл. / Кв. Фут). = 2474 доллара США ______________

4.Потребность в отоплении здания с дополнительной изоляцией

  а. Текущее значение проводимости + добавленная изоляция: Шаг 1.c + добавлено
     изоляция. (Пример: крыша 6 из стекловолокна + пенополистирол 6 дюймов; стена 1 дюйм.
     ДВП + 3-1 / 2 дюйма, пенополистирол
                                               * Изоляция корня = 0,026 БТЕ / ч- ______________
° F-кв.фут
** Изоляция стен = 0,071 БТЕ / ч- ______________
° F-кв.футов
                           
  б. Потери тепла через крышу: Шаг 1.a (60 ° F. X Шаг 1.b * (1267 кв. Футов)
     x Шаг 4.a * (0,026 БТЕ / ч- ° F-кв.фут) = 1977 БТЕ / ч ______________

  c. Потери тепла от стен: Шаг 1.a (60 ° F) x Шаг 1.b ** (2400 кв. Футов)
     x Шаг 4.a ** (0,071 БТЕ / ч) - ° F-кв.фут). = 10224 БТЕ / час ______________

  d. Общая потребность в отоплении с дополнительной изоляцией: Шаг 4.b (1977 БТЕ / час) +
      Шаг 4.c (10224 БТЕ / час) = 12 201 БТЕ / час _____________

5. Количество и стоимость складского материала для обеспечения «дополнительной изоляции».
  потребность в отоплении

  а. Общий объем необходимого для хранения материала: (Шаг 4.d x Шаг 2.a x Шаг 2.b) ÷ Шаг 2.c
     Пример: (12 201 БТЕ / час x 24 часа в день x 3 дня ÷ 145 БТЕ / кв.фут =
     878 472 БТЕ ÷ 145 БТЕ / фунт = 6058 фунтов _____________

  б. Общая стоимость необходимых складских материалов:
     Шаг 5.a (6058 фунтов) x Шаг 2.d (0,25 доллара США / фунт) = 1515 долларов США _____________

6. Размер и стоимость коллектора с учетом «дополнительной теплоизоляции» отопления.
  требование

  а. Общая необходимая площадь коллектора: (Шаг 4.d x Шаг 2.a x Шаг 3.a) ÷ Шаг 3.b.
     Пример: (12 201 БТЕ / час x 24 часа / день x 2 дня) - 1000 БТЕ / кв. Фут. знак равно
     585648 БТЕ ÷ 1000 БТЕ / кв. Фут. = 586 кв. Футов ______________

  б. Общая стоимость коллектора:
       Шаг 6.а. (586 кв. Футов) x Шаг 3.c (1,00 долл. США / кв. Фут). = 586 долларов США ______________

7. Экономия затрат на тепловую систему за счет добавления теплоизоляции.

  а. Удельная стоимость изоляции: уточняйте у поставщика. Пример: 6 дюймов и 3-1 / 2 дюйма.
    коврики.
* 6 дюймов коврики = 0,20 доллара США / кв.фут ______________
** 3-1 / 2 дюйма = 0,12 доллара США за квадратный фут ______________
                                            
  б. Стоимость дополнительной изоляции: (Шаг 1.b * x Шаг 7.a *) + (Шаг 1.b ** x Шаг 7.а **).
     Пример: (1267 кв. Футов x 0,20 $ / кв. Фут) + (2400 кв. Футов x 0,12 $ / кв. Фут)
     = 253 + 288 долларов. = 541 доллар США ______________

  c. Общая стоимость тепловой системы с существующей изоляцией: Шаг 2.f (6399 долларов США) + Шаг 3.e
    (2474 доллара США). = 8823 долл. США ______________

  d. Общая стоимость тепловой системы с дополнительной изоляцией: Шаг 5.b (1515 долларов США) + Шаг 6.b
      (586 долларов США) + Шаг 7.b (541 доллар США). = 2642 доллара США ______________

  е.«Экономия» за счет изоляции: Шаг 7.c (8873 долл. США) -
       Шаг 7.d (2642 доллара США). = 6231 долл. США ______________

 

Новый 9/78

Кооперативная консультативная работа в сельском хозяйстве и домохозяйстве, состояние Индиана, Университет Пердью и Министерство сельского хозяйства США. Сотрудничество; Х.А. Уодсворт, директор, West Lafayette, IN. Выдается в исполнение актов 8 мая и 30 июня 1914 г.Кооператив Служба распространения знаний Университета Пердью - это позитивное действие / равное возможность учреждения.

8.5. Хранение тепловой энергии | EME 812: Солнечная энергия и концентрация для коммунальных предприятий

8.5. Накопитель тепловой энергии

Различные типы жидкостей обычно используются для хранения тепловой энергии от установок концентрирования солнечной энергии (CSP). В установках CSP обычно используются два типа жидкостей: (1) жидкий теплоноситель для передачи тепловой энергии от солнечных коллекторов по трубам к парогенератору или хранилищу, и (2) жидкость-носитель для хранения тепловой энергии на определенное время. период времени до того, как он будет использован по запросу.

Это некоторые доступные теплоносители и теплоносители, используемые в настоящее время:

  • Вода
  • Смеси вода-гликоль (только для низких температур)
  • Минеральные масла
  • Синтетические теплоносители
  • Расплавленные неорганические соли
  • Расплавленные металлы

Вода является наиболее доступной и дешевой жидкостью для использования, но проблема с водой заключается в том, что она имеет очень ограниченный диапазон температур, когда она является жидкостью. Поддержание воды в жидком состоянии при температуре выше 100 o ° C требует высокого давления, что значительно увеличивает сложность и стоимость системы.Масла и другие синтетические жидкости обычно используются в установках CSP, поскольку они имеют гораздо более широкий диапазон рабочих температур. Расплавленные соли, вероятно, являются наиболее распространенной средой для хранения (Wu et al., 2001), но не являются лучшей средой для теплопередачи, поскольку соль имеет тенденцию затвердевать в трубках при более низких температурах, блокируя транспортировку. В этом случае для запуска установки потребуется дополнительный обогрев. Существуют разработки новых жидкостей, которые можно использовать как для передачи тепла, так и для хранения одновременно (Moens and Blake, 2004).Некоторые часто используемые жидкости и диапазоны их рабочих температур показаны на диаграмме на Рисунке 9.1.

Рисунок 9.1. Различные типы теплоносителей и теплоносителей и их приблизительные диапазоны рабочих температур.

Щелкните здесь, чтобы увидеть текстовое описание рисунка 9.1

Минеральные масла: -50 o C до 310 o C, Синтетические теплоносители: -50 o C до 340 o C, Расплавленные неорганические соли: 142 o C до 500 o C, Расплавленные металлы: 97 o C до 650 o C, Вода: 0-100 Вода под давлением до ~ 350 o C

Кредит: Марк Федькин, с изменениями из Конинга, 2007 г.

Хранилище расплавленной соли используется на многих существующих солнечных тепловых электростанциях, поэтому мы рассмотрим его более подробно. Как было упомянуто выше, «замораживание» соли (то есть преобразование из расплавленного состояния в твердое состояние) может представлять некоторые проблемы, поскольку предполагается, что соль циркулирует по трубам для передачи тепловой энергии парогенератору или другому устройству. Итак, для достижения минимально возможной температуры «замерзания» используется эвтектическая смесь солей.

Что такое эвтектика?

Эвтектическая система представляет собой гомогенную смесь двух или более компонентов, которые вместе имеют более низкую температуру плавления, чем каждый из них по отдельности.Эвтектическая смесь плавится как единое целое только при определенном соотношении этих двух компонентов в смеси. Общая фазовая диаграмма эвтектики показана ниже.

Рисунок 9.2. Типовая фазовая диаграмма эвтектической системы. Горизонтальная ось измеряет состав смеси компонентов A и B - точка A представляет 100% компонента A, а точка B представляет 100% компонента B. Любой промежуточный состав является пропорциональной смесью. Вертикальная ось - температура. Температуры плавления чистых A и B отмечены слева и справа соответственно.Эвтектическая смесь A и B имеет гораздо более низкую температуру плавления (отмечена красной точкой).

Кредит: Марк Федькин.

Типичная смесь расплавов солей, используемая для хранения энергии, представлена ​​тройной эвтектикой

53 мас.% KNO 3 (нитрат калия)
40 мас.% NaNO 2 (нитрит натрия)
7 мас.% NaNO 3 (нитрат натрия)

или бинарная эвтектика

45,5 мас.% KNO 3 (нитрат калия)
54.5 мас.% NaNO 2 (нитрит натрия)

Температура эвтектики для этих составов находится в диапазоне от 142 до 145 o ° C.

Расплав соли используется для хранения энергии при высоких температурах (выше 400 o C), потому что типичные теплоносители, такие как синтетические масла, имеют ограничение по температуре и разлагаются выше максимально допустимой температуры (410-430 o C).

Вот как используется накопитель расплавленной соли на солнечной тепловой установке.Сначала солнечная энергия улавливается коллекторами и концентрируется в приемной трубе, заполненной жидким теплоносителем. Жидкий теплоноситель (с температурой ~ 393 o C) циркулирует в замкнутом контуре для передачи тепла парогенератору, который производит перегретый пар, а затем теплоноситель возвращается в солнечные коллекторы (с температурой ~ 293 o C). Такая петля может работать только в солнечные часы. Чтобы продлить выработку пара за пределы солнечных часов, используется накопитель тепловой энергии в расплаве солей.Теплоаккумулятор обычно состоит из двух резервуаров для хранения соли. В этом случае замкнутый контур с теплоносителем проходит через один из солевых резервуаров, в котором соль нагревается до температуры ~ 384 o C. Резервуар изолирован, поэтому соль может оставаться горячей в течение значительного периода времени. времени (расчетная потеря тепла ~ 0,5 o C в сутки). Расплав соли хранится в резервуарах при атмосферном давлении. Для отвода тепла в ночное время расплав соли из горячего резервуара прокачивается через парогенератор для производства пара, а затем в резервуар для хранения холода (при ~ 292 o C).В этой конфигурации некоторая часть контура теплоносителя отводится к теплообменнику между резервуарами для холодной и горячей соли. Затем охлажденная расплавленная соль перекачивается через теплообменники и возвращается в резервуар для горячей соли.

В системах солнечной башни

можно использовать расплавленную соль в качестве теплоносителя и теплоносителя без использования каких-либо дополнительных контуров теплоносителя из-за более высоких температур концентрации излучения. В этом случае солевой расплав проходит через установленный в башне приемник расплавленной соли, где он нагревается до 565 o ° C.Затем соль поступает в резервуар для горячей соли, откуда перетекает в парогенератор. Эта концепция проиллюстрирована на веб-сайте eSolar.

В этом случае использование расплавленной соли как для передачи тепла, так и для хранения тепловой энергии сводит к минимуму количество резервуаров для хранения и необходимые объемы соли.

Следующее видео (~ 2 мин.) Представляет собой простую иллюстрацию концепции аккумулирования тепловой энергии в расплаве соли.

Хранилище расплавленной соли считается наиболее экономичным решением для солнечных тепловых электростанций.Его редко нужно заменять или дозаправлять на протяжении более 30 лет жизни растения. Кроме того, соль представляет собой нетоксичную экологически чистую смесь, которую можно использовать как высококачественное удобрение, если в конечном итоге выбросить ее (Solar Reserve, 2015).

Накопление энергии в жидкостях включает обмен теплом между различными типами жидкостей в теплообменниках. Например, для передачи тепла от теплоносителя в трубах, нагреваемых солнечными батареями, к резервуару с расплавленной солью требуется теплообменник; дальнейшая передача тепла от расплавленной соли к воде для производства пара будет включать другой теплообменник.Существует метод теплофизики для расчета эффективности теплопередачи в различных типах теплообменников и оценки их производительности. Один из примеров такого расчета приведен в разделе 3.17. книги Даффи и Бекмана «Солнечная инженерия тепловых процессов» (2013), ссылка на которую приводится ниже.

Дополнительное чтение

Глава книги: Даффи, Дж. А. и Бекман В.А., Солнечная инженерия тепловых процессов . Раздел 3.17. Расчет эффективности - NTU для теплообменников.С. 168-170.

Это чтение доступно онлайн в библиотечной системе PSU. Это необязательный материал для изучения, если вас интересует более глубокое понимание того, как тепло передается от одной среды к другой и каких потерь можно ожидать. Более тщательное рассмотрение тепловых вопросов включено в EME 811, который также является частью программы RESS Solar Option.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *